液冷溫控生產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-智算中心的重要保障

北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司液冷溫控生產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-智算中心的重要保障1、液冷溫控——智算中心的穩(wěn)定器溫控對(duì)于保障高密度算力中心正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)有重要的意義。大多數(shù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作溫度范圍在5攝氏度至35攝氏度之間。為了確保設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)和延長(zhǎng)使用壽命，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議IDC機(jī)房的溫度應(yīng)控制在22攝氏度至24攝氏度之間。如果溫度過(guò)高，設(shè)備容易過(guò)熱導(dǎo)致?lián)p壞；如果溫度過(guò)低，設(shè)備易產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致短路和損壞。智算中心（AIDC）中，液冷不可或缺。隨著智算中心所采用芯片功耗的提升、單機(jī)柜功率密度的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)風(fēng)冷逐漸觸及溫控性能極限，液冷溫控成為算力中心溫控的必備技術(shù)。溫控底層技術(shù)主要分為：風(fēng)冷、冷凍水（間接蒸發(fā)冷）、液冷、相變材料、電子散熱技術(shù)（導(dǎo)熱材料散熱、熱管散熱、均熱板等）。數(shù)據(jù)中心存量場(chǎng)景中以風(fēng)冷為主，液冷技術(shù)的使用比例正不斷提升。液冷主要原理為用液體替代空氣作為冷媒，為發(fā)熱器件換熱。相比風(fēng)冷，液冷的主要原理是用液體替代空氣作為冷媒，為CPU、芯片組、內(nèi)存條以及擴(kuò)展卡等發(fā)熱器件進(jìn)行換熱，帶走熱量。在節(jié)能、成本、節(jié)地、芯片可靠性、機(jī)房環(huán)境等多維度，液冷相比風(fēng)冷均具備優(yōu)勢(shì)。液冷主要可分為冷板式、浸沒(méi)式、噴淋式三大類(lèi)。按照接觸方式，液冷主要可分為冷板式、浸沒(méi)、噴淋式三大類(lèi)。其中，按照是否相變，冷板式液冷可分為單相冷板式液冷、兩相冷板式液冷，浸沒(méi)式液冷可分為單相浸沒(méi)式液冷、相變浸沒(méi)式液冷。2、液冷驅(qū)動(dòng)溫控價(jià)值提升，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間近百億數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本中冷卻系統(tǒng)成本占比約20%-25%。新建數(shù)據(jù)中心，包括設(shè)施運(yùn)營(yíng)中使用的必要基礎(chǔ)設(shè)施和組件，通?？煞譃樗膫€(gè)主要類(lèi)別：1）土地和建筑外殼（15%-20%）：建筑外殼、活動(dòng)地板；2）電氣系統(tǒng)（40％-45％）：備用發(fā)電機(jī)、電池、配電裝置（PDU）、不間斷電源（UPS）、開(kāi)關(guān)設(shè)備/變壓器；3）HVAC/機(jī)械/冷卻系統(tǒng)（20%-25%）：機(jī)房空調(diào)（CRAC）、機(jī)房空氣處理器（CRAH）、風(fēng)冷式冷水機(jī)組、冷凍水儲(chǔ)存和管道；4）建筑裝修（15%-20%）：大堂/入口、會(huì)見(jiàn)室(MMR)、發(fā)貨和接收區(qū)域。對(duì)比風(fēng)冷，液冷的單位造價(jià)進(jìn)一步提升，目前風(fēng)冷：冷板式液冷：浸沒(méi)式液冷每kW成本的比例關(guān)系呈現(xiàn)逐步翻倍，因此液冷有望推動(dòng)冷卻環(huán)節(jié)的投資占比進(jìn)一步提升。根據(jù)此前液冷通用架構(gòu)可知，一般可將液冷分為機(jī)房側(cè)和ICT設(shè)備側(cè)兩部分，機(jī)房側(cè)包括一次側(cè)和二次側(cè)，一次側(cè)是連接冷卻塔到CDU，全液冷機(jī)柜的循環(huán)水系統(tǒng)，也稱(chēng)為一次管路或室外側(cè)；二次側(cè)是連接CDU到全液冷機(jī)柜中的液冷元器件的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，也稱(chēng)為二次管路或室內(nèi)側(cè)。二次側(cè)包括CDU、液冷機(jī)柜、列間空調(diào)、冷熱氣流隔離及封閉組件、動(dòng)環(huán)系統(tǒng)。CDU：由于一般CDU功率在200-300kw，對(duì)應(yīng)2000kw需要7個(gè)CDU，價(jià)值量占比30%左右。液冷機(jī)柜：成本包括快速接頭、PDU、Manifold等主要組件，總價(jià)值量占比16%。其中，PDU采用雙路輸入，一個(gè)機(jī)柜中需要兩個(gè)。Manifold需要360不銹鋼焊接，價(jià)值量較高。列間空調(diào)：補(bǔ)冷熱量占總熱量的15%-20%，包括內(nèi)機(jī)和外機(jī)，價(jià)值量占比35%。冷熱氣流隔離即封閉組件和動(dòng)環(huán)系統(tǒng)總價(jià)值量占比5%左右。Manifold作為液冷系統(tǒng)的集流器，承擔(dān)將冷卻液體引入機(jī)架并傳遞到機(jī)架外側(cè)的關(guān)鍵任務(wù)，直接影響整個(gè)液冷系統(tǒng)的熱管理，確保冷卻液體順暢流動(dòng)，高效吸收和帶走系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量。Manifold從制造上，一般采用316不銹鋼，并使用無(wú)縫焊接工藝，因此在液冷機(jī)柜中價(jià)值量較高。據(jù)測(cè)算，到2025年，機(jī)房溫控市場(chǎng)合計(jì)142億元，風(fēng)冷液冷各站一半，以下是核心假設(shè)：（1）滲透率假設(shè)：2025年通用服務(wù)器液冷滲透率15%；AI服務(wù)器液冷滲透率50%；（2）功耗假設(shè)：假設(shè)通用服務(wù)器單芯片平均功耗提升至250W；AI服務(wù)器單芯片功耗提升至500W（參考-昇騰910TDP約400W）（3）單價(jià)假設(shè)：假設(shè)2025年風(fēng)冷、冷板式、浸沒(méi)式單位成本分別為2430、4000、8000元/kW。（4）冗余：服務(wù)器總功耗芯片占比為80%、液冷一般配備15%風(fēng)冷冗余。冷板是冷板式液冷ICT設(shè)備側(cè)的核心部件。冷板即以工藝?yán)涿綖槊浇椋瑢?shí)現(xiàn)熱量交換的緊湊型換熱部件，與設(shè)備配套管路、QDC、CDU、RCM、LCM等形成二次側(cè)冷卻環(huán)路，并最終將處理器熱量傳遞至室外，常用材料為紫銅、鋁等。冷板設(shè)計(jì)需要考慮的關(guān)鍵指標(biāo)包括冷板內(nèi)部流道、內(nèi)部流速、額定流量、冷板熱阻以及冷板流阻。目前冷板單板價(jià)值量1000-2000元，和GPU/CPU數(shù)量一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)上頁(yè)邏輯測(cè)算，2025年市場(chǎng)規(guī)模為30-60億元。溫控廠商受益趨勢(shì)明確，電子散熱加速?lài)?guó)產(chǎn)替代由于液冷技術(shù)處于初期，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未定，當(dāng)前行業(yè)有多重交付模式：（1）以華為為代表的算力解決方案商做整包，液冷部分自己設(shè)計(jì)，找第三方溫控公司整體采購(gòu)或部分采購(gòu)（2）以阿里為代表的互聯(lián)網(wǎng)大廠，采購(gòu)液冷服務(wù)器，服務(wù)器廠商集液冷設(shè)備一起交付（3）運(yùn)營(yíng)商分別招標(biāo)液冷設(shè)備和服務(wù)器等，后續(xù)做整體集成。產(chǎn)業(yè)鏈上下游互相滲透，體現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)格局混亂的特征。因此在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)廠商、溫控設(shè)備商以及零配件公司均有參與，競(jìng)爭(zhēng)格局較為復(fù)雜。各自環(huán)節(jié)有各自的優(yōu)勢(shì)：溫控設(shè)備廠商：深耕溫控技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)技術(shù)原理理解深厚，為客戶(hù)提供定制化全鏈條解決方案及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造，能夠從系統(tǒng)角度出發(fā)提供整體解決方案。服務(wù)器廠商：貼近客戶(hù)，可利用客戶(hù)關(guān)系向上集成?；ヂ?lián)網(wǎng)大廠：如阿里、華為，自身是客戶(hù)或EPC，產(chǎn)業(yè)鏈位置領(lǐng)先，對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求更明確零配件公司：以某幾類(lèi)難度較高的配件進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)鏈中，逐步完善整體解決方案。長(zhǎng)期來(lái)看，隨著行業(yè)逐步標(biāo)準(zhǔn)化，解耦交付是大趨勢(shì)。溫控廠商依靠專(zhuān)業(yè)化的能力，產(chǎn)業(yè)鏈地位會(huì)逐步提高。當(dāng)前液冷交付模式包括一體化交付與解耦交付兩種。解耦交付是液冷機(jī)柜與液冷服務(wù)器之間遵循用戶(hù)統(tǒng)一制定的接口設(shè)計(jì)規(guī)范，機(jī)柜與服務(wù)器解耦，可由不同廠商交付。一體化交付是液冷整機(jī)柜（包括機(jī)柜和服務(wù)器）由廠商自定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，整機(jī)柜由同一廠商一體化交付服務(wù)器與機(jī)柜解耦有利于促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成，讓更多廠商參與其中。一體化交付存在非原廠商機(jī)柜與服務(wù)器不適配、機(jī)房管理中各廠家難能以對(duì)接等問(wèn)題。解耦交付可形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，便于后續(xù)機(jī)房的靈活部署，有助于溫控廠商與服務(wù)器廠商協(xié)調(diào)合作，給客戶(hù)更大的自由度選擇不同服務(wù)器和機(jī)柜組合，而不受限于某一供應(yīng)商。解耦交付能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)柜與服務(wù)器分別采購(gòu)，從而促進(jìn)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，降低下游采購(gòu)成本。但目前技術(shù)尚不成熟，在運(yùn)維管理中存在責(zé)任不清等問(wèn)題。由于液冷系統(tǒng)復(fù)雜度提升，各環(huán)節(jié)的溝通協(xié)同有望進(jìn)一步加強(qiáng)。液冷相較于風(fēng)冷而言，與服務(wù)器的匹配度要求進(jìn)一步提升，無(wú)論是冷板式服務(wù)器（要求液冷冷板匹配服務(wù)器型號(hào)）還是浸沒(méi)式服務(wù)器，都需要服務(wù)器、液冷廠商、IDC企業(yè)（業(yè)主）共同參與到設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。而當(dāng)前階段，綁定加速卡芯片廠商的公司具備顯著的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。第三方機(jī)房溫控供應(yīng)廠商中，國(guó)產(chǎn)公司市場(chǎng)占有率有望持續(xù)提升。傳統(tǒng)的精密空調(diào)初期主要以海外品牌艾默生等為主（艾默生旗下公司為全球首臺(tái)數(shù)據(jù)中心空調(diào)研發(fā)開(kāi)拓者），后期國(guó)內(nèi)廠商市占率逐步提升，截至2021年海外廠商仍然占有40%左右占有率。國(guó)內(nèi)溫控企業(yè)在液冷解決方案上更具優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)中心液冷產(chǎn)品大大增加了后期運(yùn)維的支出和維護(hù)成本（定期做腐蝕、密封性、可靠性等檢測(cè)），相較于國(guó)外企業(yè)，國(guó)產(chǎn)品牌在服務(wù)響應(yīng)效率、產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活度、運(yùn)維服務(wù)等方面更具有優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)溫控廠商未來(lái)有望占據(jù)主要地位。隨著液冷技術(shù)不斷成熟，本土公司對(duì)于部分零配件的生產(chǎn)能力逐步增強(qiáng)，有望由外采改為自己設(shè)計(jì)制造模式，從而逐步參與到電子散熱市場(chǎng)中，典型公司如英維克。同時(shí)，原先其它消費(fèi)電子領(lǐng)域的公司，通過(guò)跨界，也參與到競(jìng)爭(zhēng)中，在國(guó)產(chǎn)替代背景下，份額提升