高算力芯片TDP的持续攀升正将传统风冷推向散热极限。A100功耗400W,H100达700W,GB200达2700W,搭载B200的NVL72液冷机柜功率密度达120kW,远超风冷15kW/机柜的散热极限。液冷技术凭借更高的散热效率(液体导热系数约为空气的15-25倍)和更低的PUE(单相冷板1.12,浸没式<1.1)正快速渗透数据中心市场。国泰君安证券认为,单相冷板凭借与现有基础设施的高适配性快速确立主流地位,液冷服务器2028年市场规模有望达102亿美元(CAGR 47.6%)。
芯片TDP攀升驱动液冷从“可选”变“必选”
英伟达芯片TDP持续攀升:A100 400W→H100/H200 700W→GB200 2700W。搭载B200芯片的NVL72液冷机柜功率密度已达120kW。风冷散热极限为15kW/机柜,5-10W/cm²的热流密度已接近风冷极限。液冷技术的液体导热系数约为空气的15-25倍,比热容为空气的1000-3500倍,散热能力远超风冷。芯片TDP的持续提高使液冷从“可选技术”变为“必选技术”,渗透率提升已成趋势。
单相冷板:最成熟的液冷技术路线
单相冷板液冷通过冷板贴于芯片背面,利用液体与芯片间接换热。系统包括服务器内冷板、快接头UQD,二次侧CDU、Manifold、管网,以及一次侧冷水机组和冷塔。CDU是柜外液冷系统的核心设备,实现一次侧与二次侧热交换。单相冷板PUE可降至1.12,相比风冷极限的1.15有显著优势,同时与现有基础设施适配性高,部署经验成熟。冷板式液冷占中国液冷服务器市场95%以上,短期内仍将是液冷主流技术路线。
浸没式液冷:更低PUE但更高成本
浸没式液冷将机柜浸泡在氟化液中,冷却能力可达每槽体100kW,PUE可降至1.1以下(两相浸没<1.05)。2018年阿里巴巴张北数据中心部署浸没式冷却系统,2020年浙江云计算仁和数据中心为全球最大全浸没式液冷数据中心(PUE 1.09)。但浸没式成本较高(氟化液昂贵、机柜标准化低、运维复杂),目前主要应用于超算中心。在芯片热设计未发生颠覆性变革前,单相冷板凭借更成熟的技术方案和更低的成本优势将成为液冷市场的主流路线。
液冷服务器市场空间与受益标的
2024上半年中国液冷服务器市场达12.6亿美元(同比+98.3%),IDC预计2023-2028年CAGR达47.6%,2028年市场规模将达102亿美元。推荐液冷全链条布局的英维克(EPS 2025E 0.91元/PE 50倍)、高澜股份(EPS 0.25元/PE 180倍);受益标的包括曙光数创(EPS 0.59元/PE 115倍)、申菱环境(EPS 0.97元/PE 50倍)。
表:芯片TDP与机柜功率演进| 芯片 | 架构 | 单颗TDP | 机柜功率密度 |
|---|
| A100 | Ampere | 400W | — |
| H100/H800 | Hopper | 700W | — |
| GB200 | Blackwell | 2700W | — |
| NVL72 | Blackwell | — | 120kW |