永鑫行研|浸没式液冷行业研究

前  言

在“东数西算”的大背景下，数据中心建设成为国家建设的下一个重点工程。同时，在“双碳”政策要求下，数据中心的PUE值要求日趋严格，浸没式液冷逐渐开始展现优势。本行研主要针对数据中心的浸没式液冷细分赛道，讨论其在数据中心的应用前景，寻求潜在的投资机会。

1. 现实方案

2023年新年伊始，国产科幻大片《流浪地球2》在国内上映，片中新型计算机、人工智能、虚拟数字人、智能机器人、太空电梯和行星发动机等前沿科技让观众大饱眼福，其中，浸没式液冷技术已在现实中有所应用。

在国内，数据中心逐渐成为贵州省的对外名片之一，贵州地区由于温度适宜，且山脉众多，山间自然风是天然的散热源，同时，贵州地区远离地震带，电价便宜，是国内运营商及服务商建设数据中心时优先选择的区域，诸如华为、腾讯、中国联通以及中国移动等均在贵州建有数据中心。

图2 贵安腾讯七星洞库式数据中心

数据来源：百度

在国外，越来越多机构选择将数据中心放在极端环境中，Facebook在北极建设了数据中心，微软选择了“海底捞”方案，BitCluster在西伯利亚设立了比特币矿场。并且，微软海底数据中心在工作两年后打捞，发现设备故障率仅为陆地使用的1/8。北极、海底以及西伯利亚等均是地球上温度较低的环境，国外厂商选择不计成本地这些地方建设数据中心均是为了利用自然温差，以更有效的降低其数据中心在散热方面的运维费用。

1. 散热解决方案

从单机柜考虑，数据中心的散热解决方案主要可分为风冷、冷板式和浸没式等，其中，浸没式可分为单相浸没式（非相变）和双相浸没式（相变）。风冷是使用精密空调等方式进行散热及温度控制的方式；冷板式是将冷板与服务器主要发热器件固定，并依靠流经冷板的液体将热量带走的方案；浸没式是将发热元件直接浸没在冷却液中，依靠液体的流动循环带走服务器等设备热量的方式，由于发热元件与冷却液直接接触，散热效率更高，噪音更低，可解决高散热需求。对于单相浸没式，冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变；而双相浸没式则涉及到冷却液的液—气两相相变。从散热效果来看，双相浸没式＞单相浸没式＞冷板式＞风冷。从实际应用来看，由于精密空调以及冷板技术较为成熟，数据中心实际落地方案中，仍以风冷和冷板式为主，浸没式目前只有少数落地案例，但由于浸没式优异的散热能力，发展潜力最大。

图9 单机柜功率对散热技术的需求

数据来源：曙光数创招股说明书，开源证券研究所

2.双相浸没式

两相浸没式由于涉及液—气两相相变，散热效率最好，但控制相对复杂。相变过程中压力会发生变化，对容器要求高，使用过程中冷却液易受污染，且需频繁补液。

双相浸没式中，目前应用最广泛的冷却液是氟化液，氟化液最大的特点是绝缘绝燃，但成本高昂，目前使用最多的3M氟化液市场报价为50万/吨。

图10 双相浸没式散热方案

数据来源：知乎，GPU计算

3. 单相浸没式

单相浸没式由于不涉及相变，冷却液挥发流失控制相对简单，成本相对更低。但其使用的材料体系相对双相浸没式更为复杂，对材料选择及材料性能调控的技术要求更高。同时，单相浸没式方案可进行小型化处理，应用领域相对更广，想象空间更大。

图11 单相浸没式散热方案

数据来源：知乎，GPU计算

4. 初始投资成本

根据施耐德电气，对于2MW的数据中心，当单机架功率为10kW时，风冷和浸没式液冷初始投资成本大致相等；当机架功率为20kW时，浸没式液冷的初始投资成本比风冷低10%；当机功率为40kW时，浸没式液冷的初始投资成本比风冷低14%。随着单机柜功率逐渐提升，浸没式液冷逐渐具有经济性。

图12 风冷和浸没式液冷初始投资成本对比

数据来源：施耐德电气数据中心研究中心

1. 国内发展现状

液冷服务器得到温控厂商（英维克）、服务器厂商（中科曙光、浪潮信息）和终端用户（阿里、华为、绿色云图）的推动，以冷板式液冷和浸没式液冷为主；

伴随中科曙光、华为、浪潮、联想和阿里等在液冷领域的探索，中国液冷技术发展迅速。经历了实验室阶段和样机阶段，中国液冷发展与国外基本同步，并且在液冷的规模应用上累积了更为先进的经验。

表1 国内液冷服务器发展

2. 国外发展现状

IBM、微软、谷歌、英特尔和HPE等多家公司相继发布多款液冷服务器，技术水平及布局进度快于我国。

表2 国外液冷服务器进展

3. 浸没式液冷行业规模

根据《中国液冷数据中心发展白皮书（2020）》，保守情况下，我国数据中心2019年的市场规模为260.9亿元，预计2025年达1283.2亿元，其中，浸没式液冷的市占率逐年提升，2019年浸没式液冷的市场规模为47.0亿元，预计2025年达526.1亿元，CAGR为49.56%；乐观情况下，2019年的市场规模为63.1亿元，预计2025年达545.4亿元，CAGR为43.26%。同时，根据英维克（002837.SZ）数据，温控设备占数据中心成本的16.7%；根据施耐德电气数据，制冷系统占数据中心成本的20.1%（20kW/机柜）。按照平均18.4%计算，预计2025年浸入式液冷散热系统的市场规模为109.63亿元。

图13 我国浸没式液冷数据中心市场规模预测

数据来源：《中国液冷数据中心发展白皮书（2020）》

1. 双相浸没式

双相浸没式方案中，国内主要参与玩家有曙光数创（872808.BJ）、绿色云图（网宿科技300017.SZ全资子公司）和合一新材。曙光数创和绿色云图主要在3M氟化液基础上对材料进行改性，目前最低PUE值可降至1.04，极大减少了电量损耗。

表3 双相浸没式方案标的公司

2.单相浸没式

单相浸没式方案中，国内主要参与玩家有兰洋科技、清江督源等。其中，兰洋科技立足于数据中心和个人电脑，并将其业务范围逐渐扩展至消费电子、新能源及其他市场。

表4 单相浸没式方案标的公司

3. 材料

材料是浸没式液冷方案的核心技术之一，目前双相浸没式方案主要采用的氟化液基本被3M垄断，国内有诺亚氟化工等相关公司。对于单相浸没式方案，目前主要材料有兰洋科技的改性甲基硅油体系和晨光博达的全氟聚醚流体。

永鑫方舟投资团队认为：在“东数西算”和“双碳”大背景下，大数据时代对数据中心算力的要求越来越高，数据中心的散热问题日趋凸显，作为散热效率最高的浸没式液冷方案将逐渐踏上舞台。作为浸没式液冷技术中的细分技术，单相浸没式由于成本低及可小型化等优势，具有更广阔的应用前景，相关标的公司存在跑出机会，永鑫也将重点布局。

永鑫未来也会持续关注“芯”、“车”、“碳”产业链，深入挖掘产业链上下游优质企业，持续助力中国实体经济。对于已投企业，永鑫将一如既往的从人力、供应链、订单等多方面助力企业发展“让创业不再艰难”。