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摘掉数据中心“钢厂”高帽,液冷技术进入规模化,温控需求只增不减
2023-04-24 来源:半导体芯闻
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关键词:数据中心云计算5G

每年的4月22日是世界地球日,全球超10亿民众参与其中,共同践行绿色低碳改善地球环境。其中,数据中心作为耗能大户,每年耗电量占全球总电量的2%-5%,对节能降碳的需求尤为迫切。



“不冒烟的钢厂”,数据中心创造价值的同时面临能耗挑战

当前,伴随千行百业的数字化转型,由服务器、存储、网络等组成的数据中心,作为支撑数字化转型的基础,迎来高速发展。据2022年IDC发布的《IDC FutureScape:全球未来数字化基础架构的发展趋势报告》,预计到2025年,全球数据中心IT基础架构市场规模将达到2000亿美元。



伴随着数据中心市场的高速发展,数据中心也面临能耗等方面的挑战。数据中心像一个个不冒烟的钢厂,创造经济价值的同时也带来高能耗。在碳达峰、碳中和目标下,开发高效节能技术、构建绿色数据中心,将是未来发展的新方向。按照绿色数据中心采购相关规定,2023年6月起数据中心电能比(PUE)不高于1.4,2025年不高于1.3。随着PUE的要求日益严苛,企业对服务器、存储、网络等IT设备的能效越来越重视,更快、更节能成为企业对数据基础设施的共性需求。

数据中心的电能消耗主要由IT设备(45%)、制冷设备(43%)、供配电系统(10%)、照明等(2%)构成。其中,性能与功耗比(IOPS/瓦特)是衡量存储产品节能减排的重要指标。例如,如果一台存储产品的IOPS可达30万,该产品整机功耗1000瓦特,则认为该产品的性能功耗为300 IOPS/瓦特。


液冷技术是下一代服务器发展的关键

目前液冷技术主要包括两种:冷板式和浸没式。这两种技术如果用形象来理解的话,相当于在天气炎热的情况下,冷板式等于铺了一个凉席,即在很热的CPU上铺了一层冷板,通过这层冷板把热散出去;浸没式液冷相当于是泡澡,把所有的部件泡在液体当中,让温度可以降低。

这两种技术是平行的方案,不存在哪种技术占优,哪种是主流。具体是采用冷板或是浸没式液冷技术,需要根据客户平衡其对PUE和成本需求之后,做出决策。“譬如,当客户的需求是,效果比风冷强,PUE控制在1.2以内,而且能满足国家的要求,那么,目前冷板的TCO是最合适的;而当客户需要1.05以下的PUE,冷板就解决不了,这就需要采用浸没式液冷。”英特尔市场营销集团副总裁、中国区数据中心销售总经理兼中国区运营商销售总经理庄秉翰表示。

在实际应用方面,液冷技术首先被互联网产业大量应用,阿里采用的是浸没式液冷方案,京东是基于冷板的技术。运营商因为管理的数据中心较大,对冷板式的采用比例也很高。除此之外,金融行业也开始采用。整体来看,国内几个服务器使用的头部行业,如互联网、运营商、金融行业等,对液冷都已经跳过了POC阶段,进入到了规模化采用的状态。

总之,无论是冷板式还是液冷式,在未来的可持续发展当中,都是很重要的技术。“对于未来的大趋势,很大程度上可能还是液冷,只是不同客户采纳和应用的节奏不同。”宁畅总裁秦晓宁认为。


温控设备市场将稳步增长

除此之外,伴随着大数据、云计算、信息化的发展,数据中心、5G基站应用场景的温控设备需求也较为旺盛,未来我国温控设备市场规模将稳步增长。

温控设备对于保障电池、服务器、手机芯片等原器件正常稳定运行,以及工业、医疗、激光等场所环境的稳定性都具有重要的意义。温控设备产品主要可以分为工业温控设备、精密温控设备(电子散热器件)以及其他温控设备等,其中工业温控设备和精密温控设备市场占比较大。

精密温控设备起源于通信行业,而在信息化、数据化的浪潮下,互联网、轨道交通、金融等行业的海量数据处理需求渐次出现。

工业级别温控对于环境和定制化程度最高,需满足温度、湿度、洁净度等多方面要求,因此该场景以传统的风冷/水冷为主。



机房类主要满足降温和节能需求,其温控技术是由风冷逐步向间接蒸发冷过渡。

随着动力电池和储能电池功率的不断提升,电池热管理中首要需考虑安全性及降温效果,因此该场景控温技术是由风冷由液冷逐步过渡。

电子芯片级别散热空间有限,零部件体积较小,对于技术和工艺的水平要求相对较高,主要为电子芯片散热工艺级别。

温控设备产业链上游主要为核心零部件,包括压缩机、风机、水蒸发器等,上游厂商较为零散。中游主要为温控系统供应商,可分为风冷系统与水冷系统。下游主要聚焦于运营商、互联网、云计算、金融等行业。

常见的温控方案主要为气冷(小功率、小项目)与液冷(大功率、大项目)两种,后者由于液体高冷却均匀性、高比热容、和高导热系数,从而更适用于大型集装箱集群储能系统,但系统复杂、技术要求高,具备更高的进入壁垒。

温控行业下游应用场景众多,近年来伴随传统工业温控、储能温控、新能源车热管理、IDC机房温控等下游市场稳步增长,带动温控行业需求保持较快增长。


温控设备市场格局

经历国产替代,机房空调市场格局趋于稳定。在机房空调领域,Liebert(艾默生)、Schneider(施耐德)、Dantherm(丹腾)等国际企业凭借品牌优势、技术优势及市场渠道把控的先发优势占据了行业早期市场,大规模制造成本管控能力和采购议价能力较强,在通用产品特别是价格敏感度高的产品竞争上有一定优势。

国内企业市场份额在过去几年不断提升。据ICTresearch数据,国内机房温控设备市场前10厂商中,中国企业的数量和市场占比分别从2016年4家/33.7%上升到2020年的7家/54.1%,国产替代快速进行。

国内各应用场景温控设备主要参与厂商有英维克,申菱环境、同飞股份,高澜股份、华为、格力、美的、佳力图等。

从温控技术发展趋势来看,液冷作为中长期技术方案,市场渗透率或将逐步提升,GGII预测2025年液冷市场占比将达到45%左右。目前宁德时代正在推广户外液冷电柜,其优势主要是靠近热源、温度均匀、能耗低,同时也比风冷更适合户外的环境;同时阳光电源、比亚迪等厂商也正在积极推出液冷电柜产品,用于户外储能系统,户外液冷电柜可广泛应用于光伏储能、风电储能、电网储能、商业储能等多种储能场景,未来我国温控设备液冷技术路径产品的渗透率有望持续提升。



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