机械行业一周解一惑系列：液冷设备行业梳理

本周关注：精测电子、福斯达、卓然股份、曼恩斯特、ST龙净 数据中心是用于在网络上传递、加速、展示、计算和存储数据信息的物理场所，主要应用于对数据计算和储存有较大需求的组织。一个完整的数据中心由数据中心IT设备和数据中心基础设施构成。数据中心基础设施是支撑数据中心正常运行的各类系统的统称，具体包括制冷、配电、机柜、布线、监控等系统，是数据中心的组成部分。 随着5G、工业互联网、人工智能、云计算、大数据等新技术和新应用的快速发展，数据资源的存储、计算和应用需求大幅提升，推动数据中心的建设需求。从产业规模上来看，数据中心的产业规模快速增长。根据中国信通院的数据显示，2021年，中国数据中心在用机架数量达520万架，较2020年增加超过100万架。《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》指出，预计到2023年，中国数据中心在用数量将超过800万架。 数据中心基础设施行业市场扩容，带动制冷需求增长。根据赛迪顾问数据，2019年我国数据中心基础设施的市场规模达161.9亿元，预计到2025年达到461.2亿元。根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》的文件，到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，我国绿色数据中心发展政策也指出，将计划降低数据中心能耗总体水平。在数据中心能耗占比中制冷系统的能耗占比为30-40%，是总能耗中占比最高的数据中心基础设施模块，因此改进数据中心制冷等基础设施技术，提高制冷效率，减少制冷系统的能耗水平，成为未来发展方向。 液冷优势明显，具备高超高能效、超高热密度等特点。液冷是一种以液体作为冷媒，利用液体流动将数据中心IT设备的内部元器件产生的热量传递到设备外，使IT设备的发热部件得到冷却，以保证IT设备在安全温度范围内运行的冷却方式。随着云计算和大数据技术的蓬勃发展，IT设备性能逐步提高，直接导致服务器功耗不断增加，特别是作为服务器关键部件的CPU，随着性能提升功耗增加的幅度非常显著。液冷技术具备超高能效、超高热密度等优点，是解决散热压力和节能挑战的重要途径。 液冷设备厂商较多，格局尚不明确。目前国内外数据中心基础设施厂商液冷技术普及率尚较低，掌握该技术的企业较少，市场中尚未形成较强龙头，市场竞争格局未定，且由于中国数据安全保护政策，国外厂商产品进入中国较为困难。国内市场中，部分企业经过多年的技术积累和沉淀，已经展现出较为明显的技术优势和市场先发优势。行业内具有竞争性的企业主要有华为、阿里巴巴、联想、浪潮信息、广东合一、戴尔中国、维谛技术、英维克、依米康、佳力图等。据赛迪研究院，2020年中科曙光、华为、阿里和联想位于我国液冷中心市场领导者地位。 投资建议：建议关注液冷设备相关标的：曙光数创、申菱环境。 风险提示：1）下游需求不及预期的风险。2）技术路线变化的风险。3）行业竞争加剧的风险。 1数据中心高速发展，带动制冷需求提升 1.1数据中心基本构成 数据中心是用于在网络上传递、加速、展示、计算和存储数据信息的物理场所，主要应用于对数据计算和储存有较大需求的组织。一个完整的数据中心由数据中心IT设备和数据中心基础设施构成。数据中心基础设施是支撑数据中心正常运行的各类系统的统称，具体包括制冷、配电、机柜、布线、监控等系统，是数据中心的组成部分之一。 图1：数据中心基础设施构成图 根据数据中心机架规模的不同，数据中心对其基础设施解决方案的设计有所不同。在数据中心分类方面，根据《工业和信息化部、发展改革委、国土资源部等关于数据中心建设布局的指导意见》（工信部联通[2013]13号），数据中心按照规模大小划分为超大型数据中心、大型数据中心、中小型，分类标准是根据数据中心中数据中心基础设施的标准机架数量进行划分。 表1：数据中心分类 1.2数据中心快速发展，制冷需求提升 近年来，随着5G、工业互联网、人工智能、云计算、大数据等新技术和新应用的快速发展，数据资源的存储、计算和应用需求大幅提升，推动数据中心的建设需求。数据中心逐渐成为经济社会运行不可或缺的数字基础，支撑着我国数字经济的蓬勃发展，推动各行业各领域数字化发展。从数据中心与数据中心基础设施的关系来看，一方面，数据中心的发展直接带动数据中心基础设施产业的快速发展，内部模块的技术持续升级，建设规划合理化、智能化；另一方面，数据中心内部基础设施的优化升级是保证数据中心实现持续发展的必要因素之一。 从产业规模上来看，数据中心的产业规模快速增长。根据中国信通院的数据显示，2021年，中国数据中心在用机架数量达520万架，较2020年增加超过100万架。《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》指出，预计到2023年，中国数据中心在用数量将超过800万架。 图2：2017-2023年我国数据中心在用机架数量（万架） 根据中国信通院数据显示，2021年中国数据中心市场规模超1500亿元，预计2022年中国数据中心市场规模到突破1900亿元人民币，呈现较快的增长趋势。数据中心的产业规模的增长表明数据中心基础设施的市场规模也呈现快速增长的趋势。 图3：2017-2022年我国数据中心市场规模（亿元） 数据中心的产业规模的增长带动数据中心基础设施需求增长。根据赛迪顾问数据，2019年我国数据中心基础设施的市场规模达161.9亿元，预计到2025年达到461.2亿元。 图4：2019-2025年我国数据中心基础设施市场规模（亿元） 从能源消耗方面来看，数据中心作为海量数据的主要存储与运算处理实体，其规模不断扩大，能耗问题成为关键问题，为此我国开展绿色数据中心建设工作，致力于推动数据中心绿色发展。近年来，我国数据中心绿色发展进程日益加快，数据中心的能效水平不断提高，电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）持续降低。2019年年底全国现有超大型数据中心平均PUE为1.46，大型数据中心平均PUE为1.55；规划在建的超大型、大型数据中心平均设计PUE分别为1.36、1.39。根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》的文件，到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，我国绿色数据中心发展政策也指出，将计划降低数据中心能耗总体水平。在数据中心能耗占比中制冷系统的能耗占比为30-40%，是总能耗中占比最高的数据中心基础设施模块，因此改进数据中心制冷等基础设施技术，提高制冷效率，减少制冷系统的能耗水平，成为未来发展方向。 2液冷技术优势明显，有望高速增长 数据中心冷却方式可分为传统风冷、液冷。 风冷通过冷／热空气通道的交替排列实现换热。机架产生的热空气由机房空调（CRAC）或者机房空气处理单元（CRAH）产生的冷空气进行冷却，冷空气通过地下的通风口输送至机架间的冷空气通道。其中，CRAC采用制冷剂为媒介进行冷却，而CRAH则采用水－空气换热器大环境水进行冷却。在典型的风冷数据中心中，所有服务器机架均呈行排列。通过CRAH或CRAC单元冷却的空气通过地下通风通道进入数据中心房间后，扩散经过服务器，吸收服务器产生的热量后进入热风通道，从而回到CRAH或CRAC单元。因此，风冷技术会同时冷却服务器机架内的所有电子器件。 风冷技术存在低密度和相对较低的散热能力的不足。这对于高性能计算（HPC）应用尤为明显。风冷技术还有如下不足： 1）易形成局部热点。由于缺乏合适的空气流量控制系统，服务器设备产生的热量和冷空气换热不均匀，容易在服务器机架之间和内部形成局部热点。因此，为了充分消除这些热点，需要对数据中心进行过度冷却，从而额外增大了能耗。 2）机械能耗。在冷却过程中，很大一部分电能用于驱动风机和泵，从而实现空气和水的循环。 2）环境匹配性。为了维持数据中心运行稳定，采用风冷技术的系统通常需要常年不间断运行。因此，即使在冬季，室外温度较低，也需要维持数据中心的冷却循环，不利于节能。 3）占用空间大。要达到有效冷却，数据中心通常需要大量的空间来放置空调和服务器机架。 液冷是一种以液体作为冷媒，利用液体流动将数据中心IT设备的内部元器件产生的热量传递到设备外，使IT设备的发热部件得到冷却，以保证IT设备在安全温度范围内运行的冷却方式。随着云计算和大数据技术的蓬勃发展，IT设备性能逐步提高，直接导致服务器功耗不断增加，特别是作为服务器关键部件的CPU,随着性能提升功耗增加的幅度非常显著。液冷技术具备超高能效、超高热密度等优点，是解决散热压力和节能挑战的重要途径。 图5：液冷工作原理 通过在节能性、成本、节地、CPU可靠性、机房环境等维度对数据中心基础设施的风冷、冷板式液冷和浸没式液冷技术水平和特点进行对比，可以看出液冷技术相较于风冷方式存在明显优势，更加节能、节地，成本更低，液冷数据中心运行更加稳定，其中浸没式液冷技术优势更加明显，是未来数据中心基础设施的发展方向”。 表2：不同冷却方式对比 3液冷设备行业情况 3.1液冷数据中心快速增长带来基础设施需求上升 液冷数据中心市场及产品规模呈不断增长趋势。根据赛迪顾问的数据，2019年我国液冷数据中心市场规模为260.9亿元，2020年市场规模为365.8亿元，同比增长40.21%，预计2025年可达到1283.2亿元以上。根据赛迪顾问和中国信通院的数据，2019年中国数据中心基础设施市场规模为161.9亿元，数据中心总体市场规模为878.3亿元，数据中心基础设施市场收入约占数据中心总市场收入的18.4%，以此推算2019-2025年我国液冷数据中心基础设施市场规模，2019年中国液冷数据中心基础设施市场规模为64.7亿元，2020年市场规模为79.7%，同比增长23.18%，预计2019-2025年稳定增长，2025年可达到245亿元以上。 图6：液冷数据中心市场规模 图7：液冷数据中心基础设施市场规模 未来浸没式液冷数据中心基础设施有望占据更多市场。从液冷数据中心基础设施产品的比例来看，2019年冷板式液冷产品和浸没式液冷产品在市场上的占比分别为82%和18%。冷板式液冷技术发展较早，目前冷板式液冷数据中心产品在市场上占比较高，但浸没式液冷是直接接触的制冷方式，相较于冷板式液冷，更大程度上利用液体的比热容特点，制冷效率更高，可有效降低数据中心PUE。 据赛迪顾问预测，2025年，浸没式液冷数据中心基础设施占比将提升至41%。 图8：液冷数据中心细分市场规模 3.2液冷设备竞争格局 目前国内外数据中心基础设施厂商液冷技术普及率尚较低，掌握该技术的企业较少，市场中尚未形成较强龙头，市场竞争格局未定，且由于中国数据安全保护政策，国外厂商产品进入中国较为困难。国内市场中，部分企业经过多年的技术积累和沉淀，已经展现出较为明显的技术优势和市场先发优势。行业内具有竞争性的企业主要有华为、阿里巴巴、联想、浪潮信息、广东合一、戴尔中国、维谛技术、英维克、依米康、佳力图等。据赛迪研究院，2020年中科曙光、华为、阿里和联想位于我国液冷中心市场领导者地位。 表3：液冷设备主要厂家 4相关标的 4.1曙光数创（872808.BJ） 曙光数创是一家以数据中心高效冷却技术为核心的数据中心基础设施产品供应商，主营业务涵盖浸没相变液冷数据中心基础设施产品、冷板液冷数据中心基础设施产品、模块化数据中心产品的研究、开发、生产及销售，以及围绕上述产品提供系统集成和技术服务。 公司专注于数据中心领域，在数据中心高效冷却的研发及服务方面积累了丰富经验，形成数据中心高效冷却系列化的技术和产品；助力实现数据中心领域的节能降耗，降低数据中心运行成本，提升服务器的可靠性。公司的数据中心基础设施产品也包括数据中心供配电系统、监控系统、服务器的液冷散热部件等其它配套系统。 表4：曙光数创主要产品 4.2申菱环境（301018.SZ） 申菱环境主营业务围绕专用性空调为代表的空气环境调节设备开展，集研发设计、生产制造、营销服务、工程安装、运营维护于一体，是