通信行业深度：百亿液冷星辰大海，海内外同频共振

通信行业深度 百亿液冷星辰大海，海内外同频共振2024年11月21日 AI大趋势下，数据中心耗电成为“阿喀琉斯之踵”。数据中心制冷主要采取风冷+液冷，液冷有望成为大数据中心主流方案。根据IDC圈，液冷的冷却能力较风冷而言高1000~3000倍，且液冷对环境要求更低，适应性更强。根据Dell'Oro统计预测，2022年-2027年数据中心基础设施（DCPI）收入CAGR有望保持8%，超350亿美元。且随着英特尔、英伟达、AMD等处理器与加速器性能的提升，数据中心机架功率密度会再度提升。 冷板式较为成熟，已在数据中心得以广泛应用。冷板式液冷是将冷却液直接导入冷板，冷板与GPU直接接触，以带走热量的散热方法。在冷板中，冷却液通过内部的冷却通道流动，与热源表面发生热交换，吸收热量。冷却液流向冷却塔或热交换器，将热量释放到环境中或带到远端，再重新循环至冷板。在该技术中，液体冷却介质与发热元器件不直接接触，而是通过高导热性的冷板传递热量，因此冷板液冷技术又称为间接液冷技术。与浸没式液冷相比，冷板式液冷的冷却液流动在冷板内部，避免了与电子元件的直接接触，从而降低了漏液的风险，提高了系统的安全性。 液冷服务器市场近年来迅速增长，特别是在数据中心和高性能计算领域。根据工业和信息化部发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，中国在推动绿色、低碳的数据中心技术应用方面制定了明确的发展目标，以及国际数据公司（IDC）发布了最新的《中国半年度液冷服务器市场（2023全年）跟踪》报告的最新数据，中国液冷服务器市场规模已达到15.5亿美元，同比增长52.6%。 海外龙头已率先同GPU厂商携手推动AI冷却技术的创新与应用。维谛技术与英伟达等行业领导者的合作，推动了AI技术的冷却解决方案发展。随着人工智能的广泛应用，数据中心对能源的需求急剧增加，导致温度管理问题。为应对这一挑战，维谛与英伟达合作，开发出创新的液冷技术，以提高数据中心的能源效率，并减少环境影响。 投资建议：我们认为随着GPU功耗升级拉动液冷渗透率提升，产业链上下游有望协同推进液冷机柜与服务器解耦，引领形成统一标准。同时我们认为随着智算中心落地，液冷技术有望得益于适配芯片生态快速放量相应解决方案，建议关注高澜股份、飞荣达、英维克。产业链相关核心公司：申菱环境、依米康。 代码 简称 股价 EPS（元） PE（倍） 评级 002837.SZ 英维克 （元） 36.11 2023A0.61 2024E 0.73 2025E 0.93 2023A59 2024E49 2025E39 推荐 300602.SZ 飞荣达 20.00 0.19 0.36 0.60 105 56 33 推荐 300499.SZ 高澜股份 17.70 -0.10 0.10 0.27 / 174 66 / 风险提示：市场竞争加剧，技术更新风险，液冷应用进展不及预期。重点公司盈利预测、估值与评级 资料来源：Wind，民生证券研究院预测；注：股价为2024年11月21日收盘价；未覆盖公司数据采用wind 一致预期 推荐维持评级 分析师马天诣 执业证书：S0100521100003 邮箱：matianyi@mszq.com 分析师吕伟 执业证书：S0100521110003 邮箱：lvwei_yj@mszq.com 分析师谢致远 执业证书：S0100524060003 邮箱：xiezhiyuan@mszq.com 相关研究 1.商业航天行业事件点评：星舰第六次试飞结束，垣信与巴西企业签订合作备忘录-2024/11/20 2.商业航天行业事件点评：“千帆星座”第二批成功入轨，我国空间科学三步走规划出炉-2024/10/16 3.商业航天事件点评：星舰第五飞成功实现“筷子”捕获超重助推器-2024/10/14 4.商业航天事件点评：BlueBird卫星成功首发，建议关注手机直连进展-2024/09/14 5.通信行业点评：AI有望达到“NextLevel -2024/09/13 目录 1AI需求激增推动液冷技术发展3 1.1液冷：解决高功率算力池下的“阿喀琉斯之踵3 1.2液冷技术需求激增，推动高效散热与能效提升4 2液冷技术推动温控环节价值攀升7 2.1液冷解决方案包含多种形式，当前以冷板+浸没式为主7 2.2海外：龙头加速液冷需求增长与技术革新8 2.3国内：运营商加速推进液冷落地10 3液冷龙头维谛：英伟达深度合作商13 3.1维谛科技的全球拓展与技术创新助力AI冷却技术发展13 3.2算力时代下公司业绩显著改善15 4行业重点公司16 4.1英维克16 4.2高澜股份16 4.3飞荣达17 4.4申菱环境18 4.5依米康18 5风险提示19 插图目录20 表格目录20 1AI需求激增推动液冷技术发展 1.1液冷：解决高功率算力池下的“阿喀琉斯之踵 AI大趋势下，数据中心耗电成为“阿喀琉斯之踵”。以电量=功率*时间计算，智算中心的运行取决于IT设备提供服务的重要程度。大中型数据中心大多配有双路市电+后备柴发作为保障，IT设备的运行时不间断。根据英伟达，其DGX-1服务器功率约3.5kW，全年功耗=3.5*360*24=30240kWh（1kWh=1度电）。根据国家能源局统计，2022年城乡居民生活用电量约13366亿kWh，年末全国总人口约14.1亿人，平均每人每年用电948kWh，换算每台AI服务器每年接近32个居民全年耗电量。根据我们前文测算，大模型训练需要近3750台AI服务器，而数据中心的总能耗不单单来自于IT设备，为IT设备提供支撑的电力、制冷等也会消耗电力。 短期维度看，数据中心耗电量快速增长同PUE指标是主要矛盾。根据国家能源局统计预测，2022年我国数据中心总耗电量约2700亿千瓦时，同比增长约24.7%，占全社会用电量比重近3.1%（较2022年提升0.5pct）。在能耗变高的同时，在用大型数据中心PUE也存在较大提升空间。根据《东数西算下新型算力基础设施发展白皮书》统计预测，2022年我国在建超大型数据中心平均PUE需满足小于1.4的标准，23年需满足小于1.3的标准。 图1：我国数据中心电量占全社会电量比重持续上升图2：我国数据中心PUE情况 3000 2500 2000 1500 1000 500 数据中心用电占全社会用电量比例(右) (亿千瓦时) 5% 2.0 4% 1.5 3% 2%1.0 1%0.5 在用超大型数据中心在用大型数据中心在建超大型数据中心在建大型数据中心 00% 2016A2017A2018A2019A2020A2021A2022A 0.0 资料来源：国家能源局，民生证券研究院资料来源：中国智能计算产业联盟，民生证券研究院 “10℃法则”—数据中心温度与平均无故障运行时间（MTBF）的关系。对于现代电子元器件而言，环境温度每提高10℃，元器件寿命就会降低30%～50%，影响小的也基本都在10%以上。数据中心的计算机服务器、交换机、存储器等IT设备的集成度越来越高，精密性也越来越高，使数据中心机房的空调负荷特点更加显著，表现为热负荷大、湿负荷小、单位体积发热量越来越大。 数据中心制冷主要采取风冷+液冷，液冷有望成为大数据中心主流方案。根据 IDC圈，液冷的冷却能力较风冷而言高1000~3000倍，且液冷对环境要求更低，适应性更强。根据Dell'Oro统计预测，2022年-2027年数据中心基础设施（DCPI）收入CAGR有望保持8%，27年有望超350亿美元。且随着英特尔、英伟达、AMD等处理器与加速器性能的提升，数据中心机架功率密度会再度提升。根据Dell'Oro预测，直接液冷和浸入式冷却(单相和两相)预计将大幅增长，到2027年将达到17亿美元，占热管理收入的24%。 图3：数据中心冷却技术分类 冷板式液冷 风冷 应用最广，但PUE高、能耗高，已无法满足数据中心节能要求 数据中心冷却 自然冷却 间接冷却 液冷 液体射流冷却 对环境气候要求苛刻，使应用最 直接冷却 资料来源：CCDC，民生证券研究院 1.2液冷技术需求激增，推动高效散热与能效提升 液冷行业的市场需求迅速增长。液冷技术作为一种高效散热解决方案，近年来在数据中心、高性能计算（HPC）和电子设备等高能耗领域中得到了广泛应用。与传统的风冷系统相比，液冷通过冷却液直接传导和转移热量，实现了更出色的散热效果，能够有效支持高密度、高功率设备的稳定运行，并满足日益增长的计算需求和设备的散热要求。液冷技术主要分为直接液冷（DirectLiquidCooling,DLC）和浸没式液冷（ImmersionCooling）两大类型。直接液冷将冷却液直接引导至设备的热源上，通过冷却板或冷却管道将热量带走；浸没式液冷则将整个设备完全浸泡在绝缘冷却液中，实现更大范围的热传导效果，适用于超高密度和高功率设备的散热。 液冷技术可提升数据中心的能效与散热性能。液冷系统通常由冷却液、冷却泵、管道、散热器、控制系统等组件组成，协同工作以确保热量的有效传导和散发。这种技术不仅显著提升散热效率，还能够减少设备运行时的噪音，并显著降低能耗，帮助实现数据中心和其他高能耗场景的节能减排目标。随着全球数字化转型的深入推进，液冷行业的市场需求迅速增长。我们认为液冷技术作为一种稳定可靠的高效散热方式，已逐渐成为支持新一代计算和存储设备的核心支柱。 图4：液冷机柜技术原理 资料来源：兰洋科技，民生证券研究院 液冷技术成为支持大规模和生成式AI发展的关键。大模型和生成式AI的发展对算力、算法平台和数据管理提出了全新要求，传统以CPU为中心的云计算基础设施已难以满足日益增长的交互需求。为了满足AI模型的训练和部署需求，数据中心需要大量高性能、高稳定性的算力资源，并需具备智能化的数据管理流程和高效普惠的AI开发平台，以实现基础设施对大模型和生成式AI的全方位支持。根据IDC统计预测，全球AI服务器将从2022年的195亿美元增长至2026年的347亿美元，复合年增长率达17.3%，AI服务器的快速增长同样拉动了相关硬件市场的需求，而液冷随着价值量提升，市场空间有望进一步打开。 图5：算力硬件具备广阔的市场空间 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 service software hardware (十亿美元) 2021A2022A2023A2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E 资料来源：GrandViewResearch，民生证券研究院 液冷技术成为支持大规模和生成式AI发展的关键。大模型和生成式AI的发展对算力、算法平台和数据管理提出了全新要求，传统以CPU为中心的云计算基础设施已难以满足日益增长的交互需求。为了满足AI模型的训练和部署需求，数 据中心需要大量高性能、高稳定性的算力资源，并需具备智能化的数据管理流程和高效普惠的AI开发平台，以实现基础设施对大模型和生成式AI的全方位支持。根据IDC统计预测，全球AI服务器将从2022年的195亿美元增长至2026年的347亿美元，复合年增长率达17.3%，从AI服务器的快速增长下我们也能窥探硬件迭代趋势。根据IDC的最新数据，中国液冷服务器市场在2024年上半年继续快速增长。市场规模达12.6亿美元，同比2023年增长98.3%。当前液冷服务器市场的主要解决方案是冷板式液冷，占市场的95%以上。IDC预计，2023至2028年间，中国液冷服务器市场的年复合增长率将达到47.6%，预计到2028年市场规模将增至102亿美元。我们认为冷板式液冷凭借更高的技术成熟度和完善的产业链，具备更高的建设和维护便利性。 2液冷技术推动温控环节价值攀升 2.1液冷解决方案包含多种形式，当前以冷板+浸没式为主 商用初步应用期(1980s-2000年)：液冷技术开始尝试进入计算和电子设备领域，但规模有限。这一时期，液冷技术逐渐成熟