隨著全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速,算力需求呈現(xiàn)指數(shù)級增長,數(shù)據(jù)中心、人工智能、高性能計算等高密度電子設(shè)備面臨嚴峻的散熱挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)風冷技術(shù)因散熱效率低、能耗高、噪音大等問題,已難以滿足高功率芯片(如GPU、CPU)和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的需求。在此背景下,液冷技術(shù)憑借其高熱傳導效率、低能耗和靜音優(yōu)勢,成為散熱領(lǐng)域的技術(shù)革新方向。
全球范圍內(nèi),碳中和目標與節(jié)能減排政策進一步推動液冷技術(shù)普及。以數(shù)據(jù)中心為例,其能耗占全球電力消耗的3%,而液冷技術(shù)可將電能利用效率(PUE)降至1.05以下,較傳統(tǒng)風冷節(jié)電30%-50%。此外,AI大模型訓練、邊緣計算、新能源汽車等新興領(lǐng)域?qū)ι嵝芴岢龈咭?,液冷技術(shù)正從超算中心向通用化場景滲透。
液冷技術(shù)是一種高效的散熱方式,通過使用高比熱容的液體作為傳熱介質(zhì)來滿足電子設(shè)備的冷卻需求。與傳統(tǒng)風冷相比,液冷具有更高的換熱效率和更低的能耗,能夠有效解決高功率設(shè)備的散熱問題。液冷技術(shù)主要包括冷板式、浸沒式和噴淋式三種方案。冷板式液冷通過冷卻液在冷板中循環(huán)帶走熱量,適合對現(xiàn)有機房改造難度較小的場景;浸沒式液冷則是將電子設(shè)備完全浸沒在冷卻液中,散熱效率更高,適用于高功率密度的場景。
隨著人工智能和高性能計算的快速發(fā)展,全球算力需求呈指數(shù)級增長,傳統(tǒng)風冷技術(shù)已難以滿足高功率芯片的散熱需求,液冷技術(shù)因此迎來了巨大的市場機會。在國內(nèi),政策對數(shù)據(jù)中心能耗管控的日益嚴格,推動了液冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用。國際市場上,隨著AI芯片功率的不斷提升,液冷技術(shù)成為解決散熱問題的必選項,尤其是在數(shù)據(jù)中心和高性能計算領(lǐng)域。
國內(nèi)外液冷技術(shù)行業(yè)現(xiàn)狀分析
1. 國際發(fā)展格局
歐美企業(yè)在液冷技術(shù)研發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用上占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。北美市場以谷歌、微軟、亞馬遜等科技巨頭為主導,其液冷數(shù)據(jù)中心已實現(xiàn)規(guī)模化部署。例如,微軟Azure采用浸沒式液冷技術(shù),將PUE優(yōu)化至1.02,年節(jié)能成本超500萬美元;英偉達自2024年起全系芯片標配液冷方案,推動產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同升級。歐洲則聚焦環(huán)保與標準建設(shè),德國廠商如Schneider Electric推出模塊化液冷系統(tǒng),適配工業(yè)與汽車領(lǐng)域。
技術(shù)路線上,冷板式液冷因改造成本低、兼容性強,占據(jù)主流市場份額(約75%),而浸沒式液冷在超算與AI集群中加速滲透。國際競爭呈現(xiàn)兩大趨勢:一是頭部企業(yè)通過垂直整合提升技術(shù)壁壘,如3M開發(fā)無氟環(huán)保冷卻液Novec 7100;二是跨行業(yè)協(xié)作深化,液冷技術(shù)向儲能、低空經(jīng)濟等場景遷移。
2. 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)進展
中國液冷市場以政策驅(qū)動與技術(shù)追趕并行為特征。2022年“東數(shù)西算”工程明確提出新建數(shù)據(jù)中心PUE需低于1.25,直接拉動液冷需求。2023年,國內(nèi)液冷服務(wù)器市場規(guī)模達15.5億美元,互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)(占比46.3%)、電信運營商及政府超算中心成為三大采購主力。華為、曙光、浪潮等廠商推出自主液冷解決方案,如曙光數(shù)創(chuàng)的浸沒式液冷集裝箱單機柜功率密度突破160kW,技術(shù)指標比肩國際水平。
產(chǎn)業(yè)鏈層面,上游冷卻液與高端零部件仍依賴進口,但中石化、英維克等企業(yè)加速國產(chǎn)替代。冷板式液冷因改造成本較低(較風冷高約30%),在存量數(shù)據(jù)中心改造中優(yōu)先落地;浸沒式液冷受限于初期投資(單機柜成本超10萬元),目前多用于智算中心與前沿科研項目。
據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2025-2030年國內(nèi)外液冷技術(shù)行業(yè)投資潛力及發(fā)展前景分析報告》分析:
液冷技術(shù)的演進本質(zhì)是效率與成本的博弈。冷板式液冷憑借成熟生態(tài)和低改造成本,成為短期規(guī)?;瘧?yīng)用的優(yōu)選;浸沒式液冷則以全局散熱和高能效特性,代表長期技術(shù)方向。當前,行業(yè)亟需解決三大矛盾:一是冷卻液性能與環(huán)保要求的平衡,二是標準化缺失導致的兼容性難題,三是初期投資與全周期回報的錯配。
政策與市場的雙重驅(qū)動下,產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新加速。上游材料企業(yè)聚焦冷卻液耐腐蝕性與導熱系數(shù)提升;中游設(shè)備商通過模塊化設(shè)計(如華為FusionModule液冷機柜)降低部署復雜度;下游用戶則從能耗成本節(jié)約與設(shè)備壽命延長中獲益。例如,中國移動呼和浩特數(shù)據(jù)中心采用“水冷+熱管”方案,服務(wù)器故障率下降70%,驗證了液冷技術(shù)的綜合效益。
液冷技術(shù)的發(fā)展面臨多方面的挑戰(zhàn)。首先,技術(shù)層面需要不斷優(yōu)化冷卻液的性能,以提高散熱效率并降低成本。其次,液冷系統(tǒng)的安裝和維護要求較高,需要專業(yè)的技術(shù)支持和培訓。此外,環(huán)保法規(guī)對冷卻液的環(huán)保性能提出了更高要求,企業(yè)需要在滿足環(huán)保標準的同時控制成本。最后,市場競爭激烈,企業(yè)需要在技術(shù)實力、成本控制和客戶服務(wù)等方面不斷提升競爭力,才能在市場中占據(jù)優(yōu)勢。
液冷技術(shù)正從細分領(lǐng)域邁向主流市場,成為全球數(shù)字經(jīng)濟與綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。短期內(nèi),冷板式液冷將在存量改造與中低密度場景中快速普及;長期看,浸沒式液冷將隨算力密度提升與成本下降,成為超算、智算中心的標配。
國內(nèi)市場在政策強力驅(qū)動下,已形成從材料、設(shè)備到解決方案的完整產(chǎn)業(yè)鏈,但在高端冷卻液、芯片級散熱等環(huán)節(jié)仍需突破“卡脖子”技術(shù)。國際競爭中,中國企業(yè)憑借場景創(chuàng)新與規(guī)?;瘍?yōu)勢,有望從追隨者轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則制定者。
未來十年,液冷技術(shù)將與AI、新能源、智能制造深度融合,推動散熱效率、設(shè)備可靠性與能源利用率進入新紀元。行業(yè)需進一步凝聚共識,加快標準制定與生態(tài)共建,以實現(xiàn)技術(shù)價值向經(jīng)濟與社會價值的全面轉(zhuǎn)化。
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