近日，解決散熱壓力、節(jié)能挑戰(zhàn)必由之路的液冷溫控，在三大運(yùn)營商聯(lián)合發(fā)布技術(shù)白皮書背景下，有望迎來產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。


面對(duì)散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)

液冷具備必要性

儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)基本組成包括：液冷板，液冷機(jī)組（加熱器選配），液冷管路（包括溫度傳感器、閥門），高低壓線束；冷卻液（乙二醇水溶液）等。由于液體的比熱容遠(yuǎn)高于氣體，因此相比于常見的風(fēng)冷技術(shù)，液冷可實(shí)現(xiàn)散熱效率的極大提升。

根據(jù)冷卻液與電池的接觸方式，可分為直接液冷（如冷板式液冷）和間接液冷（如浸沒式液冷）。其中冷板式液冷屬于間接接觸型液冷技術(shù)，通過裝有冷卻液的冷板與設(shè)備接觸進(jìn)行散熱，該液冷技術(shù)發(fā)展較早且改造成本較低因而技術(shù)更成熟、生態(tài)更完善，目前屬于液冷中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。

另一種是直接接觸型液冷技術(shù)，較為典型的是浸沒式液冷，是指將發(fā)熱器件浸泡在冷卻液中，兩者直接接觸以協(xié)助器件散熱，該技術(shù)可更大程度上利用液體比熱容大的特點(diǎn)，進(jìn)一步提升制冷效率。

隨著算力持續(xù)增加對(duì)芯片散熱要求更高，液冷可以說是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必經(jīng)之路。

算力的持續(xù)增加促進(jìn)通訊設(shè)備性能不斷提升，芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升，產(chǎn)品每演進(jìn)一代功率密度攀升30~50%。當(dāng)代X86平臺(tái)CPU最大功耗300~400W，業(yè)界最高芯片熱流密度已超過120W/cm2；芯片功率密度的持續(xù)提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱能力越來越難以為繼。

芯片功率密度的攀升同時(shí)帶來整柜功率密度的增長，當(dāng)前最大已超過30kW/機(jī)架；對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)也提出了更高的挑戰(zhàn)。液冷作為數(shù)據(jù)中心新興制冷技術(shù)，被應(yīng)用于解決高功率密度機(jī)柜散熱需求。

同時(shí)近年來，在“雙碳”政策下，數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)（數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗）不斷降低，多數(shù)地區(qū)要求電能利用效率不得超過1.25，并積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心升級(jí)改造，更有例如北京地區(qū)，對(duì)超過規(guī)定PUE的數(shù)據(jù)中心電價(jià)進(jìn)行加價(jià)。

在保證算力運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，只有通過降低數(shù)據(jù)中心輔助能源的消耗，才能達(dá)成節(jié)能目標(biāo)下的PUE要求。由于制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗中占比達(dá)到24%以上，是數(shù)據(jù)中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統(tǒng)能耗能夠極大的促進(jìn)PUE的降低。有數(shù)據(jù)顯示，我國數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)占數(shù)據(jù)中心運(yùn)維成本的60-70%。隨著服務(wù)器的加速部署，如何進(jìn)一步降低能耗，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。


服務(wù)器廠商加速布局液冷服務(wù)器產(chǎn)品

（1）冷板式加裝液冷模塊

冷板式液冷對(duì)于服務(wù)器本身改動(dòng)較小，主要途徑為加裝液冷模塊。冷板式液冷是最為典型的間接接觸型液冷技術(shù)， 在冷板式液冷系統(tǒng)中，服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸冷卻液，而是通過裝配在電子元器件上的冷板（通常是銅、 鋁等高導(dǎo)熱金屬構(gòu)成的封閉腔體）將熱量間接傳遞給封閉在循環(huán)管路中的冷卻液體，從而將主要發(fā)熱器件的熱量傳 遞出去。

冷板式液冷技術(shù)對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，液冷化改造可操作性相對(duì)較強(qiáng)。主要在服務(wù)器中加 裝液冷模塊，采用集中式或分布式 CDU 供液、Manifold 分液，以此對(duì)于 CPU、DIMM 等部件進(jìn)行精準(zhǔn)制冷。在實(shí) 際操作過程中，中國移動(dòng)（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心將冷板式液冷細(xì)分出“兩級(jí)熱管”、“水冷+熱管”、“芯片冷板” 三條具體技術(shù)路徑： “兩級(jí)熱管”液冷服務(wù)器：此模式將服務(wù)器 CPU、GPU、內(nèi)存等產(chǎn)生的熱量從一級(jí)導(dǎo)熱管傳遞至二級(jí)導(dǎo)熱管， 二級(jí)熱管冷媒流動(dòng)至換熱器將熱量傳遞給冷凍水，交換后的熱水通過室外回水管路流出，完成整個(gè)換熱過程。 “水冷+熱管”液冷服務(wù)器：此模式將通過熱管導(dǎo)熱原理將服務(wù)器 CPU、GPU、內(nèi)存等產(chǎn)生的熱量傳遞至熱管 冷凝端，冷卻水在冷凝端與熱管進(jìn)行熱交換，交換后的熱水經(jīng)由回水管路流出，完成整個(gè)換熱過程。 “芯片冷板”液冷服務(wù)器：此模式采用泵驅(qū)動(dòng)冷卻液流過芯片背部通道，冷卻液在通道內(nèi)通過板壁與芯片進(jìn)行 充分熱交換，帶走芯片端的熱量后，含有熱量的冷卻液將通過集分水器將熱量輸送至機(jī)房內(nèi)的 CDU 完成熱量交 換。


（2）浸沒式要對(duì)服務(wù)器箱體定制化改造

浸沒式液冷改造對(duì)于服務(wù)器本身及浸沒腔體具有較高要求。浸沒式液冷改造過程中，服務(wù)器箱體需要進(jìn)行定制，滿 足三點(diǎn)要求：1）采用高功率密度設(shè)計(jì)；2）采用結(jié)構(gòu)定制化設(shè)計(jì)以強(qiáng)化液體與發(fā)熱器件之間的熱交換；3）采用結(jié)構(gòu) 定制化以提高浸沒式液冷環(huán)境下電子信息設(shè)備的運(yùn)維效率。同時(shí)，浸沒式液冷服務(wù)器浸沒腔體應(yīng)該被設(shè)計(jì)頂部開蓋、 由四個(gè)壁面和一個(gè)底面圍成的具有一定內(nèi)部容積的結(jié)構(gòu)，分氣相區(qū)與液相區(qū)，服務(wù)器主板浸沒于液相區(qū)內(nèi)，氣相區(qū) 保障氣密性良好，確保冷卻液蒸汽無泄漏；單項(xiàng)系統(tǒng)中液相區(qū)的液體溫度場需均勻，無局部熱點(diǎn)，同一水平界面下 溫差需要<5℃。 實(shí)踐層面上，中科曙光以液冷刀片形式為行業(yè)提供服務(wù)器改造思路。

浸沒式液冷技術(shù)基于液體直接制冷，當(dāng)前仍然 處于發(fā)展早期，由于研發(fā)難度較大、投入成本較高，當(dāng)前入局的服務(wù)器廠商較少。中科曙光旗下子公司曙光數(shù)創(chuàng)， 專注于數(shù)據(jù)中心制冷基礎(chǔ)實(shí)施開發(fā)，由其所開發(fā)的以液冷刀片服務(wù)器為核心的浸沒相變產(chǎn)品為行業(yè)提供技術(shù)商業(yè)化 落地思路。液冷刀片服務(wù)器由刀片模塊，后插單板、電源等組成，通過設(shè)備后總接口置于冷媒之中。根據(jù)曙光數(shù)創(chuàng) 方案，將液冷服務(wù)器全部浸沒于冷媒之中，CPU、GPU 等發(fā)熱元器件通過冷媒相變換熱的方式實(shí)現(xiàn)散熱，氣化的冷 媒進(jìn)入換熱器與常溫冷卻水換熱，冷凝為液體后，完成熱力循環(huán)。


儲(chǔ)能安全新國標(biāo)開始執(zhí)行

溫控行業(yè)量利齊升

國標(biāo)《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》（GB/T42288-2022）去年底發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)將于2023年7月1日實(shí)施。新國標(biāo)進(jìn)一步趨嚴(yán)此前儲(chǔ)能安全領(lǐng)域的老國標(biāo)系2014年發(fā)布，在消防領(lǐng)域主要規(guī)范了建筑物和設(shè)備防火等級(jí)、消防水池和砂池的配置，探測和預(yù)警方面提出“應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”和“宜配置感煙探測器和可燃?xì)怏w報(bào)警裝置”。

光大證券指出，在儲(chǔ)能行業(yè)加速發(fā)展、液冷滲透率快速提升的大背景下，溫控行業(yè)量利齊升。

據(jù)Trendforce數(shù)據(jù)，2021年全球電化學(xué)儲(chǔ)能市場規(guī)模為35GWh，預(yù)計(jì)至2030年可達(dá)1160GWh，2021-2030年CAGR為47.5%。

據(jù)GGII測算，2021年儲(chǔ)能溫控行業(yè)的價(jià)值量為24億元（含出口），其中風(fēng)冷方案占比為88%，預(yù)計(jì)至2025年儲(chǔ)能溫控行業(yè)的價(jià)值量有望達(dá)164.6億元，2021-2025年CAGR超60%，其中液冷方案占比有望過半。

也就是說，儲(chǔ)能溫控未來的市場將是百億級(jí)，有數(shù)倍的增量空間，復(fù)合增速也超過60%。

從產(chǎn)業(yè)鏈看，儲(chǔ)能溫控的中游和下游尚處發(fā)展早期。

1）上游：零部件較為常規(guī)，格局分散。以液冷系統(tǒng)為例，水冷主機(jī)占比較高（67%），其他核心零部件主要是換熱器、管路、閥門等，供應(yīng)商也無明顯差別。

2）中游：“小而精”，尚處初期，格局未定。儲(chǔ)能溫控在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的價(jià)值量占比在3%左右，但對(duì)于保持儲(chǔ)能系統(tǒng)安全至關(guān)重要。

現(xiàn)在的廠商都是從其他專用性空調(diào)領(lǐng)域切入，英維克、申菱環(huán)境原主業(yè)是數(shù)據(jù)中心溫控，同飛股份、高潤股份原主業(yè)是工業(yè)溫控，松芝股份、奧特佳是車用熱管理。整體看，行業(yè)競爭格局未定。

3）下游：尚處初期，格局未定。儲(chǔ)能溫控的下游廠商可分為儲(chǔ)能電池廠商和儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商。

其中儲(chǔ)能電池廠商中較多為原動(dòng)力電池廠商，由于儲(chǔ)能電池技術(shù)壁壘低于動(dòng)力電池，預(yù)計(jì)未來仍會(huì)有較多廠商切入這一領(lǐng)域；儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商以海博思創(chuàng)等為代表，尚未出現(xiàn)確定性龍頭。

儲(chǔ)能集成的下游根據(jù)應(yīng)用場景可分為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)，其中B端應(yīng)用場景對(duì)散熱要求更高，對(duì)儲(chǔ)能溫控需求更大。

總的來說，儲(chǔ)能溫控行業(yè)正處于發(fā)展初期，未來將迎來高速發(fā)展期。目前行業(yè)競爭格局沒有明確，相關(guān)公司都擁有不錯(cuò)的發(fā)展空間。