家电行业动态报告：数据中心温控趋势报告

AI、5G、大数据及云计算等发展拉动数据中心机柜功率密度提升速度。随着5G、大数据、云计算、AIGC商业化产品的落地，算力需求加速提升，提升单机柜功率是协调快速增长的算力需求与有限的数据中心面积的有效方式之一。据CDCC调研统计，2021年全行业8kW以上机组占比约为18%，2022年8kW以上机组占比达到约25%；据Colocation America，2020年全球数据中心单机柜平均密度达16.5kW，赛迪顾问预计至2025年该数值有望达到25kW。 高性能计算设备产热速率大幅提升，液冷方案大势所趋。传统风冷将无法满足高功率密度数据中心的散热，据《数据中心高效绿色冷却技术》，高性能计算设备的常见产热量为 100W/cm ²，而风冷技术的最大散热容量为 37W/cm ²，移热速率与产热速率不匹配会使得机柜温度升高，导致算力下降甚至损害设备，因此利用冷却能力是风的1000~3000倍的液体冷却可以大幅提高温控系统的冷却效率，有望成为高功率密度机柜的主流散热方案。 电化学储能、新能源汽车、数据中心对温控的核心诉求不同。电化学储能温控核心在于提升使用寿命与安全性，对于温控设备空间限制较为宽松。新能源汽车温控重视提升固定空间下的热管理效率与温控精确性。数据中心温控追求制冷功率提升与数据中心电力使用效率（PUE）的降低。 液冷方案具有低能耗、高散热、低噪声、低TCO的优势。主流的、高效率的散热方案主要包括：1）冷板式液冷，2）浸没式冷却，3）喷淋式液冷。其中浸没式较喷淋式应用更广，均价较高。冷板式液冷是目前最成熟的液冷方案，安装较为简洁，改造成本低，材料的兼容性好，发展速度最快，均价低于浸没式。 2025年全球/我国数据中心通用服务器温控市场规模有望达到340/197亿元。我们预计25年风冷、液冷在数据中心温控中的占比分别为47%、53%，液冷中浸没、冷板式分别占比40%、60%；参考《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》，假定至21-25年国内CAGR保持15%，我们预计2025年我国标准机架出货约202万台，全球标准机架出货量约349万台。 投资建议：5G、大数据、云计算、AIGC的高速发展推动温控市场扩容，单机柜功率密度提升的趋势下液冷有望成为主流散热方案，建议关注液冷温控解决方案设备供应商英维克（通信组覆盖）、申菱环境、高澜股份、同飞股份（机械组覆盖）、曙光数创。 风险提示：1）行业发展放缓。AIGC发展若放缓，可能会导致IDC需求总量下滑，进而导致温控配套设备市场规模不及预期。2）测算与未来实际规模存在一定误差。规模测算中假设均基于已有数据，可能与实际市场规模存在一定误差。 1算力需求提升催生温控方案变革 AI、5G、大数据及云计算等发展拉动数据中心机柜功率密度提升速度。长期以来，我国数据中心以通用算力的发展为主，智算中心的数量相对较低，按机架规模统计，通用数据中心超过90%。随着5G、大数据、云计算、AIGC等商业化产品的落地，算力需求井喷式提升，提升单机柜功率是协调快速增长的算力需求与有限的数据中心面积的有效方式之一。据CDCC调研统计，2021年全行业8kW以上机组占比约为11%，2022年8kW以上机组占比达到约25%；据Colocation America，2020年全球数据中心单机柜平均密度达16.5kW，赛迪顾问预计至2025年该数值有望达到25kW。2022年Intel第四代服务器处理器单CPU功耗已突破350瓦，英伟达单GPU芯片功耗突破700瓦，AI集群算力密度普遍达到50kW/柜，风冷散热技术面临极大的挑战。 图1：2025年全球数据中心单机柜平均功率密度有望达25kW 图2：2021/2022我国数据中心单机柜平均功率分布 高性能计算设备产热速率大幅提升，液冷方案大势所趋。高功率密度可能带来更高的风险，以制冷系统为例，当其出现故障时，12kW机房升温的速度将是4kW的N倍以上，留给运维部门应急抢修的时间将变得更短。传统风冷将无法满足高功率密度数据中心的散热，据《数据中心高效绿色冷却技术》，高性能计算设备的常见产热量为1 00W/cm ²，而风冷技术的最大散热容量为37W /cm ²，移热速率与产热速率不匹配会使得机柜温度升高，导致算力下降甚至损害设备，因此利用冷却能力是风的1000~3000倍的液体冷却可以大幅提高温控系统的冷却效率，液冷通常支持30kW~100kW的机柜散热需求，有望成为高功率密度机柜的主流散热方案。 2数据中心温控追求制冷效率的提升与PUE的降低 储能、新能源车及数据中心温控由于各自的工作环境、体积空间、温控的精度等需求不同，对温控方案提出了不同的要求： 1）电化学储能温控核心在于提升使用寿命与安全性，对于温控设备空间限制较为宽松。电化学储能常见场景在室外，更强调温控设备的使用寿命、稳定性以及温控方案的运维成本，对设备的体积、重量等要求相对宽松。目前风冷方案占比更大，随着新能源电站、离网储能向更大电池容量、更高系统功率密度转化，液冷方案占比将快速提升。 2）新能源汽车温控重视提升固定空间下的热管理效率与温控精确性。新能源汽车的热管理除对电池的温控需求外，还包括对电控、电机、乘仓的温控需求。 由于动力电池能量密度更高，且车体物理空间有限，对热管理的体积、重量、散热效率、温控精度要求更高。 3）数据中心温控追求制冷效率提升与数据中心电力使用效率（PUE）的降低。IDC温控强调散热效率跟上芯片功耗提升速度，AIGC的发展加速芯片算力提升，带来功耗大幅上升，已逐渐超出风冷的散热能力范围，液冷散热成为高功率密度机柜的有效热管理方案。此外，PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗，在PUE政策收紧的背景下，热管理效率需要进一步提升，浸没式、喷淋式等液冷散热方案得到进一步推广。 表1：电化学储能、新能源汽车、IDC温控的横向对比 3液冷有望成为高功率密度数据中心温控的主流方案 IDC的主流散热技术路线可以分为风冷和液冷： 1）风冷方案一般可满足10kw/r以下的机柜，但随着单柜功率密度的提升，风冷移热速率逐步无法跟上产热速率。风冷方案一般情况下可满足功率密度10kw/r以下的机柜，在小型计算机房等场景的应用更多，对高功率密度机组散热时能源利用效率较低，无法满足新建数据中心PUE政策要求，但存量市场较大，我们估算2022年存量市场中渗透率在80%左右。 2）液冷方案具有低能耗、高散热、低噪声、低TCO的优势，可适用于单柜功率密度更高的大型数据中心。主流的、高效率的散热方案主要包括：1）冷板式液冷，2）浸没式冷却，3）喷淋式液冷。 冷板式液冷是目前最成熟的间接接触型液冷方案。冷板冷却是将金属冷板与IT设备芯片贴合，液体在冷板中流动，发热体热量通过冷板金属传递给冷板中的液体，液体将热量带出与外界冷源进行热交换，使用最多的冷却介质是水。冷板式液冷已经安装较为简洁，改造成本低，材料的兼容性好，发展速度最快，均价低于浸没式，是目前液冷数据中心采用最广泛的散热冷却方式，在HPC、AI高密计算领域商用超过8年时间，技术成熟，生态完善。 图3：冷板式液冷制冷架构图 浸没式液冷是最常见的直接接触型液冷技术。单相浸没式液冷将IT设备浸没在装有冷却介质的密封槽中，冷却介质经过发热设备后利用升温显热交换热量，过程中不发生形态变化，升温后的液体在泵的作用下流入冷却器降温并回流至冷却介质槽，继续散热循环。两相浸没式液冷的液体在冷却介质槽内与热源接触，在循环散热的过程中不断经历气态至液态的转化。浸没式液冷对冷却介质的物理性质有较高要求，需要绝缘性强、粘度低、腐蚀性小、热稳定性高的材料，一般情况下均价高于冷板式方案。浸没液冷的机柜没有密封外壳，允许维护程度较低的热插拔，是目前最常见的直接接触型液冷技术。 图4：单相/两相浸没液冷示意图 喷淋式液冷是将冷却介质直接精准喷淋至发热部件上的散热技术。喷淋式液冷按照冷却介质在发热物体表面是否发生相变可以分为单相、相变喷淋式。单相喷淋式滴液尺寸较大且不发生相变，在部件表面形成薄边界层换热；相变喷淋式是在单相基础上，将冷却介质雾化成为小液滴，在发热物体表面通过汽化的方式带走热量。喷淋式换热属于芯片级别换热，冷却效率高但难度较大，液体喷淋过程中可能会出现液体飘逸现象，对机房环境或其他设备造成影响，尚未大规模应用到数据中心冷却。 图5：喷淋式液冷示意图 液冷更适用于单柜功率密度更高的大型数据中心。对比来看，液冷方案更能满足更单机柜高功率密度、整体数据中心较低PUE的设计需求。其中冷板式间接接触型方案改造成本较低、技术成熟、生态完整，是目前应用最广泛的液冷方案。 浸没式、喷淋式随着冷却液及相关设计配环节的开发、降本，有望在高功率密度的数据中心打开更广阔的市场空间。 表2：数据中心常见的温控方案对比 42025年全球/我国通用机柜温控市场规模有望达到340/197亿元 我国中科曙光、华为、浪潮、联想和阿里等公司在数据中心液冷的商业化探索已经取得了一定成果。据《中国液冷数据中心发展白皮书》，通过对液冷数据中心产品营收、市场占有率、技术专利等维度的综合评价，中科曙光、华为、阿里及联想为液冷数据中心的领导者，广东合一、浪潮位于挑战者位置，戴尔、维谛、英维克等处于跟随者地位。从温控设备供应市场来看，英维克、佳力图、申菱环境、依米康等为机房温控设备的主要供应商，同飞股份、高澜股份等工业温控领域“玩家”有望凭借技术同源快速切入数据中心温控市场。 图6：液冷数据中心厂商竞争格局（2020年） 2025年全球/我国数据中心通用服务器温控市场规模有望达到340/197亿元，2025年我国AI服务器温控市场规模有望达到44亿元。1）我们预计2025年风冷、液冷在数据中心温控中的占比分别为47%、53%，液冷中浸没、冷板式分别占比40%、60%；2）参考《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》，假定至2021-2025年国内标准机架出货量CAGR保持15%，我们预计2025年我国标准机架出货202万台，全球标准机架出货量349万台。3）参考民生证券通信组报告，我们预计2025年高功率服务器出货量约9万台，保守估计平均功率机柜10kw，考虑高功率密度机柜散热均采用液冷（假设其中浸没、冷板式分别占比保持40%、60%），对应市场规模为44亿元。 表3：2025年全球/我国数据中心温控市场规模测算指标2025年预测 5投资建议 5.1行业投资建议 5G、大数据、云计算、AIGC的高速发展推动温控市场扩容，单机柜功率密度提升的趋势下液冷有望成为主流散热方案，建议关注液冷温控解决方案设备供应商英维克（通信组覆盖）、申菱环境、高澜股份、同飞股份（机械组覆盖）、曙光数创。 5.2重点公司 5.2.1英维克 公司是领先的精密温控节能解决方案和产品提供商。公司成立于2005年，致力于为云计算数据中心、算力设备、通信网络、电力电网、储能系统、电源转换等领域提供设备散热解决方案。机房温控节能产品为公司核心业务之一，2022年营收占比约49%，主要针对数据中心、算力设备、通信机房、高精度实验室等领域的房间级专用温控节能解决方案，用于对设备机房或实验室空间的设备散热以及精密温湿度和洁净度的控制调节。公司已推出针对算力设备和数据中心的Coolinside液冷机柜及全链条液冷解决方案，相关产品涉及冷源、管路连接、CDU分配、快换接头、Manifold、冷板等已规模商用，“端到端、全链条”的平台化布局已成为公司在液冷业务领域的重要核心竞争优势。2022年户外机柜温控节能产品营收占比约38%，主要针对无线通信基站、储能电站、智能电网各级输配电设备柜、电动汽车充电桩、ETC门架系统等户外机柜或集装箱的应用场合提供温控节能解决方案。 下游客户来源广泛，合作关系稳健。机房温控节能业务方面，公司通过系统集成商提供给包括腾讯、阿里巴巴、秦淮数据、万国数据、数据港、中国移动、中国电信、中国联通等数据中心业主、IDC运营商、大型互联