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文｜阎贵成 武超则 刘永旭
AI算力提升机柜功率密度，“东数西算”工程对于PUE提出严格要求，数据中心液冷方案渗透率有望提升。同时，服务器厂商已大力布局液冷产品，对于产业链协同问题的疑虑已经消除。液冷方案价值量显著高于传统风冷方案，随着国内数据中心建设推进和液冷渗透率提升，机房液冷温控市场空间广阔。
1、AI服务器需要高功率机柜，液冷或成为必选项。
AI大模型训练和推理运算所用的GPU服务器的功率密度将大幅提升，以英伟达DGX A100服务器为例，其单机最大功率约可以达到6.5kW，大幅超过单台普通CPU服务器500w左右的功率水平。根据《冷板式液冷服务器可靠性白皮书》数据显示，自然风冷的数据中心单柜密度一般只支持8-10kW，通常液冷数据中心单机柜可支持30kW以上的散热能力，并能较好演进到100kW以上，相比较而言液冷的散热能力和经济性均有明显优势。目前在AI算力需求的推动下，如浪潮信息、中兴通讯等服务器厂商已经开始大力布局液冷服务器产品，产业化进度有望加速。
2、“东数西算”工程明确PUE要求，液冷渗透率或显著提升。
当前我国数据中心年用电量已占全社会用电的2%-3%左右，东部核心地区已经提出严格要求，例如北上广均有明确政策要求新建数据中心PUE限制在1.3以下。“东数西算”工程要求张家口、韶关、长三角、芜湖、天府、重庆集群的PUE在1.25以下，和林格尔、贵安、中卫、庆阳集群的PUE在1.2以下。“东数西算”工程枢纽节点内的PUE要求更高，同时考虑到整体规划布局，未来新增机柜更多将在枢纽节点内，风冷方案在某些地区可能无法严格满足要求，液冷方案渗透率有望加速提升。
3、液冷方案价值量显著提升，市场空间广阔。
假设国内每年新增机柜数为100万架，新增IT负载量为250万kW，若全部采用风冷方案则对应温控市场规模为175亿元；若液冷方案渗透率达到70%则对应温控市场规模为315亿元（+80%），其中液冷温控市场规模为262.5亿元，实际情况也可能更乐观。在液冷方案加速渗透过程中，数据中心温控厂商、液冷板制造厂商等有望受益。
4、风险提示：国际环境变化；人工智能行业发展不及预期；数字经济和数字中国建设发展不及预期等。
一、AI大算力服务器需要高功率机柜，液冷或成必选项
人工智能大模型训练和推理运算所用的GPU服务器的功率密度将大幅提升，以英伟达DGX A100服务器为例，其单机最大功率约可以达到6.5kW，大幅超过单台普通CPU服务器500w左右的功率水平。在此情况下，一方面需要新建超大功率的机柜，另一方面为降低PUE，预计液冷温控渗透率将快速提升。
PUE值是衡量IDC能效的重要指标。PUE的计算方法为数据中心的总耗电量比上IT设备的耗电量，数值越接近1，表明IDC的能效越高。根据赛迪顾问的统计数据，2019年中国数据中心的能耗中约有43%是用于IT设备的散热，基本与45%的IT设备自身的能耗持平。因此，设备散热能耗成为降低PUE的关键影响因素。
液冷数据中心适合提供高密算力，提升单柜部署密度，提高数据中心单位面积利用率。根据《冷板式液冷服务器可靠性白皮书》数据显示，液体相对空气能够传热更快（相差20-25倍），能够带走更多热量（相差2000-3000倍），给高密部署提供了较好方案。通常液冷数据中心单机柜可以支持30kW以上的散热能力，并能较好演进到100kW以上。自然风冷的数据中心单柜密度一般只支持8kW-10kW，冷热风道隔离的微模块加水冷空调水平制冷在15kW以上性价比将大幅降低，相比较而言液冷的散热能力和经济性均有明显优势。
由于AIGC的发展，大功率AI服务器出货量有望快速增长，进而要求单机柜功率要明显提升，业界已经开始规模建设20kW、30kW功率的机柜。同时，数据中心降PUE也是刚需。在此背景下，由于风冷技术在高功率机柜制冷方面的短板比较明显，因此液冷有望成为AI大算力数据中心的主要制冷方案。
数据中心液冷方案主要分为冷板式和浸没式两种技术路径，此外还有喷淋式。根据《中国液冷数据中心发展白皮书》，液冷是指使用液体取代空气作为冷媒，为发热部件进行换热的技术。一般来说，行业将液冷分为直接冷却和间接冷却，其中直接冷却以浸没式液冷技术为主，间接冷却以冷板式液冷技术为主。
无论是冷板式液冷还是浸没式液冷，都需要数据中心温控和ICT设备厂商彼此配合，此前市场对于产业链的协作问题存在疑虑。目前在AI算力需求的推动下，服务器厂商已经开始大力布局液冷服务器产品，液冷的产业化进度有望加速。2022年，浪潮信息将“All in 液冷”纳入公司发展战略，全栈布局液冷，实现通用服务器、高密度服务器、整机柜服务器、AI服务器四大系列全线产品均支持冷板式液冷，建成年产能10万台的亚洲最大液冷数据中心研发生产基地，实现了业界首次冷板式液冷整机柜的大批量交付。2022年，中兴通讯发布了《中兴通讯液冷技术白皮书》，公司建设的全液冷数据中心项目获得了2022年CDCC数据中心科技成果奖，近期公司 G5系列服务器在泰国进行海外市场首发，支持液冷散热技术，采用冷板式液冷散热。
二、国家“东数西算”工程明确PUE要求，液冷渗透率或显著提升
当前我国数据中心年用电量已占全社会用电的2%-3%左右，东部核心地区针对数据中心PUE已经提出严格要求。为确保实现“碳达峰碳中和”目标，需要在数据中心建设模式、技术、标准、可再生能源利用等方面进一步挖掘节能减排潜力。多地已针对数据中心的绿色低碳发展提出规划方案。北京发布《北京市数据中心统筹发展实施方案（2021-2023年）》，提出将有序关闭腾退低利用率的数据中心，新建云数据中心更强调“绿色”，PUE不高于1.3，用于数据存储功能的机柜功率占比不超过20%；广东省能源局2021年4月发布《关于明确全省数据中心能耗保障相关要求的通知》，明确提出“利用市场和行政手段，推动绿色低碳发展”，要求加大节能技术改造力度，“十四五”期间PUE降至1.3以下；上海在2019年发布的信息基础设施三年行动计划中提出，新建数据中心PUE限制在1.3以下，存量数据中心PUE不高于1.4。
2022年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏8地启动建设国家算力枢纽节点，规划了10个国家数据中心集群，标志着全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。
根据发改委表态，“东数西算”工程总体思路有三方面：一是推动全国数据中心适度集聚、集约发展；二是促进数据中心由东向西梯次布局、统筹发展；三是实现“东数西算”循序渐进、快速迭代。在当前起步阶段，8个算力枢纽内规划设立10个数据中心集群，划定了物理边界，并明确了绿色节能、上架率等发展目标，如集群内数据中心的平均上架率至少要达到65%以上，要求张家口、韶关、长三角、芜湖、天府、重庆集群的PUE在1.25以下，和林格尔、贵安、中卫、庆阳集群的PUE在1.2以下。
根据央视新闻报道，“东数西算”工程自启动至今，全国新增投资超过4000亿元，整个“十四五”期间，将累计带动各方面投资超过3万亿元。“东数西算”工程的8个国家算力枢纽节点建设已全部开工，工程从系统布局进入全面建设阶段。在已经开工的8个国家算力枢纽中，今年新开工的数据中心项目近70个，其中西部新增数据中心的建设规模超过60万机架，同比翻倍，至此国家算力网络体系架构初步形成。
我们认为，无论是在原来的东部核心区域，还是“东数西算”工程的枢纽节点内，政策端均对新建数据中心以及存量数据中心的PUE提出严格要求，其中枢纽节点内的要求更高，同时考虑到整体规划布局，未来新增机柜更多将在枢纽节点内，因此采用高效的机房温控方案来降低PUE是大势所趋。
根据《间接蒸发冷却在华北地区某数据中心的应用》数据显示，华北地区某数据中心一期IT备总负荷为3150kW，采用集中式冷水机组+房间级空调末端的供冷架构，机房年均PUE为1.4，采用新增间接蒸发冷却冷水机组的技术措施对一期机房实施节能改造后，机房年均PUE降至1.28。但值得注意的是，“东数西算”枢纽节点对于PUE的要求为1.25或1.2以下，采用冷冻水或间接蒸发冷却（风冷）方案在某些高温、高湿地区可能无法严格满足上述要求，因此我们预计液冷方案渗透率有望加速提升。
三、液冷方案价值量显著提升，市场空间广阔
在数字中国和人工智能推动云计算市场回暖的背景下，IDC作为云基础设施产业链的关键环节，也有望进入需求释放阶段。在过去两年半，受多重因素影响，云计算需求景气度下行，但IDC建设与供给未出现明显放缓情况，2021年和2022年我国分别新增标准机柜数量120万架和150万架（按2.5kW进行折算）。随着宏观经济向好，平台经济发展恢复，AIGC等拉动，IDC需求有望逐步释放，虽然2023新增供给量有望较2022年减少（例如三大运营商2022年新增IDC机柜15.6万架，2023年计划新增11.4万架），但在“东数西算”工程加速建设的大背景下，预计每年国内IDC机柜增加量仍有望在100万架左右。
制冷系统约占数据中心建设投资的20%左右，短期来看液冷方案的价值量更高。根据数据港的招股说明书数据显示，制冷系统占到Capex的比例约为20%，按照IT负载进行估算，单kW对应冷冻水方案（风冷）制冷系统的价值量约为7000元，我们预计如果采用液冷方案，投资将提升至1.5万元以上/kW。
假设国内每年新增机柜数为100万架（按照单机柜2.5kW计算），新增IT负载量为250万kW，若全部采用风冷方案，单kW价值量为7000元，则对应温控市场规模为175亿元；若液冷方案渗透率达到70%，单kW液冷价值量为1.5万元，则对应温控市场规模为315亿元（+80%），其中液冷温控市场规模为262.5亿元。
考虑到AIGC的发展，“东数西算”工程PUE的要求，以及超算/智算中心的建设需求，我们认为，一是未来2-3年将是国内大功率IDC新增建设的高峰期，液冷方案的渗透率可能更高，二是存量IDC机房为满足现在更严格的PUE要求，可能需要进行改造，其中制冷系统将是改造和投资的重点，三是产业链目前的液冷产能规划可能在短期内将呈现供不应求状态（液冷设备系统现有产能较少，叠加储能等新能源需求快速增长），因此在液冷方案加速渗透过程中，数据中心温控厂商、液冷板制造厂商等有望受益。
国际环境变化对供应链的安全和稳定产生影响，且对相关公司向海外拓展的进度产生影响；芯片紧缺影响相关公司产品交付能力；疫情影响超预期，对相关公司的生产、销售和交付产生影响；人工智能行业发展不及预期，影响云计算产业链相关公司的需求；市场竞争加剧，导致毛利率快速下滑；汇率波动影响外向型企业的汇兑收益与毛利率，包括ICT设备、光模块/光器件等板块的企业；数字经济和数字中国建设发展不及预期等；电信运营商的云计算业务发展不及预期；运营商资本开支不及预期；云厂商资本开支不及预期等。
阎贵成：中信建投证券通信&计算机行业首席分析师，北京大学学士、硕士，专注于云计算、物联网、信息安全、信创与5G等领域研究。近8年中国移动工作经验，6年多证券研究经验。系2019-2021年《新财富》、《水晶球》通信行业最佳分析师第一名，2017-2018年《新财富》、《水晶球》通信行业最佳分析师第一名团队核心成员。
武超则：中信建投证券研究所所长兼国际业务部负责人，董事总经理，TMT行业首席分析师。新财富白金分析师，2013-2020年连续八届新财富最佳分析师通信行业第一名；2014-2020年连续七届水晶球最佳分析师通信行业第一名。专注于5G、云计算、物联网等领域研究。中国证券业协会证券分析师、投资顾问与首席经济学家委员会委员。
刘永旭：通信行业分析师，南开大学学士、硕士，曾从事军工行业研究工作，2020年加入中信建投通信团队，主要研究云计算IDC、工业互联网、通信新能源、卫星应用、专网通信等方向。2020-2021年《新财富》、《水晶球》通信行业最佳分析师第一名团队成员。
证券研究报告名称：《AIGC发展与“东数西算”有望提升液冷温控渗透率》
对外发布时间：2023年4月12日
报告发布机构：中信建投证券股份有限公司
本报告分析师：
阎贵成 SAC 编号：S1440518040002/ SFC 编号：BNS315
武超则 SAC 编号：S1440513090003/ SFC 编号：BEM208
刘永旭 SAC 编号：S1440520070014
