什么是数据中心液冷
液冷是一种使用液体(冷却液、水、矿物油)替代空气作为冷却介质的数据中心散热方案。它通过液体直接或间接接触发热元件(CPU/GPU/内存),把热量从机柜内带出,送到外部散热塔或干冷器进行二次冷却。
过去 20 年,数据中心几乎全部采用风冷(机房空调 + 冷热通道隔离),但风冷有一个无法逾越的物理瓶颈:空气比热小、密度低,单机柜散热能力大约只能做到 25-35kW。一旦超过这个功率密度,空气已经"装不下"那么多热量了。
2024 年英伟达发布 GB200 NVL72,单机柜功耗 120kW(未来 GB300 NVL576 单机柜可能突破 300kW),传统风冷物理上已经无法散热。从这一刻起,液冷从"可选项"变成 AI 数据中心的"必选项"。
赛迪顾问预测,中国液冷数据中心市场 2024 年规模约 250 亿元,2027 年突破 1000 亿元,CAGR 60%+,渗透率从 2023 年 5% 跃升到 2027 年 30%-40%。
为什么 AI 需要液冷
三个核心驱动力让液冷成为 AI 数据中心刚需:
第一,芯片功耗暴涨。英伟达 GPU 单卡 TDP 从 V100 的 300W → A100 400W → H100 700W → B200 1000W → GB200 1200W → Rubin Ultra 估计 1500W+。CPU 也是同步上涨,Intel Granite Rapids、AMD EPYC Turin 单颗 500W+。
第二,机柜功率密度暴涨。AI 训练要求服务器间超低延迟互连,GPU 必须高密度堆叠。从 8GPU/机柜 → 64GPU/机柜(GB200 NVL72) → 576GPU/机柜(NVL576),功率密度从 30kW → 120kW → 300kW+ 跃升。
第三,PUE 政策约束。中国"东数西算"工程明确要求新建数据中心 PUE ≤ 1.25,北上广深一线城市 PUE ≤ 1.2。传统风冷 PUE 普遍 1.4-1.6,液冷可以做到 1.1-1.15,显著降低能耗。
液冷的两大技术路线
冷板式液冷(Cold Plate):目前最主流方案。冷板紧贴 CPU/GPU 等核心发热元件,冷却液在冷板内的微通道循环带走热量,其余非关键元件仍由风冷处理。本质是"液冷+风冷"混合方案,改造成本低、对现有服务器兼容性好。代表厂商:英伟达 GB200 官方液冷模组、Vertiv、施耐德、英维克、曙光数创。冷板式占当前液冷市场约 80%。
浸没式液冷(Immersion Cooling):整个服务器主板浸泡在不导电的氟化液或矿物油里,通过液体直接接触带走全部热量。优点是散热效率最高、PUE 最低(1.05-1.1)、没有风扇噪声;缺点是改造成本高、对服务器结构有要求、维护流程复杂。代表场景:阿里张北超算、华为云乌兰察布、字节豆包训练集群。浸没式又分为:
- 单相浸没:液体始终保持液态(矿物油、3M Novec 7000),通过对流带走热量。技术成熟,中国企业以此为主力。
- 两相浸没:利用液体沸腾相变带走热量(3M Novec 649、富士通液体),散热效率更高,但成本与液体监管限制更多。
2025-2026 年,英伟达官方推荐 GB200 NVL72 采用冷板式液冷;字节、阿里、华为等头部云厂商在新建超算中心中,浸没式占比正在上升。
液冷与 PUE 节能
PUE(电源使用效率)= 数据中心总能耗 / IT 设备能耗,越接近 1 越节能。
典型数据:
- 传统风冷:PUE 1.4-1.6,意味着每 1 度 IT 电力,要额外消耗 0.4-0.6 度做制冷
- 冷板式液冷:PUE 1.15-1.25
- 浸没式液冷:PUE 1.05-1.10
一个 100MW 的数据中心,从风冷转液冷,每年可节省电费数千万元、减碳数万吨。这就是为什么阿里、腾讯、字节、百度都在大力推液冷——既是性能需求,也是成本需求,更是 ESG 需求。
液冷产业链全景
液冷产业链可分为上游(冷却液+核心部件)→ 中游(系统集成商) → 下游(IDC 运营商+互联网/AI 客户)三层。
上游冷却液:
- 氟化液:3M(已宣布退出)、Solvay、巨化股份(002227)、东岳集团
- 矿物油:壳牌、巨化股份等
上游核心部件:
- 冷板(Cold Plate):英维克(002837)、AVC、Cooler Master
- CDU(冷量分配单元):英维克、曙光数创(872808)、高澜股份(300499)、申菱环境(301018)、同飞股份(300990)
- 快速接头(Quick Disconnect):川环科技(300547)、奇精机械、强瑞技术(301128)
- 管路系统:威龙股份、奥来德等
中游系统集成商:
- 专业液冷集成:英维克(冷板/CDU/末端全栈)、曙光数创(浸没式领先)、申菱环境(浸没+冷板)、高澜股份(液冷整机柜)
- 整机厂集成:浪潮、新华三、华为、中科曙光、超聚变
下游客户:
- 互联网/云厂商:阿里、腾讯、字节、百度、华为云
- 第三方 IDC:万国数据、世纪互联、光环新网、数据港、润泽、宝信
- 运营商:中国移动、电信、联通
- AI 客户:智谱、月之暗面、Minimax、商汤等
A 股液冷核心标的
英维克(002837):A 股液冷绝对龙头,冷板式与浸没式全产品线,深度绑定字节、阿里、腾讯等头部客户,2024 年液冷营收占比快速提升。
曙光数创(872808):浸没式液冷领先者,母公司中科曙光是国家级超算服务商,在"东数西算"枢纽节点项目中份额突出。
高澜股份(300499):储能温控起家,延伸到数据中心液冷,液冷整机柜产品具竞争力。
申菱环境(301018):工业环境与数据中心制冷,液冷在大客户(华为云、阿里云)中份额提升。
同飞股份(300990):工业冷却起家,数据中心液冷快速增长。
巨化股份(002227):中国氟化工龙头,数据中心专用氟化液有望成为新增长点。
深南电路(002916):PCB+IC 载板,液冷服务器主板核心受益。
科华数据(002335):数据中心电力+液冷一体化方案商。
四大风险与挑战
风险一:冷却液技术不确定。3M 已宣布 2025 年退出 PFAS 类氟化液生产,环保政策可能进一步限制氟化液使用;矿物油散热效率不如氟化液;新型冷却液(碳氢液体)尚在验证。
风险二:行业标准不统一。冷板尺寸、接头规格、CDU 接口在不同厂商间差异较大,影响系统互操作性,客户更换厂商成本高。开放计算项目 OCP 正在推进标准化。
风险三:维护与运维复杂。液体泄漏检测、长期可靠性、维护人员培训均比风冷高一个数量级,运维成本上升。
风险四:数据中心改造慢。存量数据中心改造液冷需要重新设计水路、地板承重等,投资回收期较长,部分老 IDC 选择不改造。
未来五年展望
液冷是 AI 算力时代最确定性的基础设施升级方向。从需求看,2025 年起所有新建 AI 数据中心默认液冷;从供给看,头部液冷厂商订单已排到 2026 年。预计 2030 年液冷渗透率超 60%,中国市场规模超 2000 亿元。
从风冷到液冷,不仅是散热方式的迭代,更是数据中心 IT 架构、机房设计、运维模式的全面重构。掌握液冷技术的服务器厂商、专业集成商与上游材料厂,正在分享 AI 算力时代最具确定性的红利。本文不构成投资建议。