2023中国液冷数据中心市场深度研究报告.pdf
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1、1中国液冷数据中心市场深度研究报告北京科智咨询有限公司中国信息通信研究院产业与规划研究所2023 年 12 月2第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景前言前言随着“数字中国”建设持续推进,以及“双碳”目标时间节点临近,数据中心作为数字经济发展基础设施,面临着更高的性能、效率、绿色和可靠性要求。液冷技术具有高效散热、节能降耗等显著优势,具备长期环境效益及经济效益,正逐渐成为数据中心冷却的最优解决方案。2022 年以来,中国液冷数据中心市场呈现出快速发展态势,市场规模达到 40%以上高速增长,产业链上下游企业积极布局,液冷项目试点以及商业化落地进程不断加快,行
2、业标准建设持续深入,产业链生态趋于完善,推动行业发展由起步阶段迈向快速发展阶段。为深入洞察中国液冷数据中心市场的现状和发展趋势,科智咨询联合中国信息通信研究院产业与规划研究所共同发布中国液冷数据中心市场深度研究报告,通过调研分析大量市场数据、行业案例,深入剖析液冷数据中心的产业链、技术发展、应用需求以及竞争态势,全景呈现中国液冷数据中心市场发展现状与前景方向,探讨未来市场发展的趋势和机遇,为产业链企业提供参考和借鉴,为液冷数据中心市场发展贡献力量。第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景3正文目录正文目录第一章第一章 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据
3、中心产业发展背景第二章第二章 中国数据中心产业液冷技术发展及应用概况中国数据中心产业液冷技术发展及应用概况第一节 数据中心产业液冷技术发展现状.10第二节 数据中心产业液冷技术应用概况.17第三章第三章 中国液冷数据中心市场发展现状分析中国液冷数据中心市场发展现状分析第一节 中国液冷数据中心产业链.20第二节 中国液冷数据中心市场规模.24第三节 中国液冷数据中心市场发展特征.29第四节 中国液冷数据中心市场发展驱动与阻碍因素.32第四章第四章 中国液冷数据中心市场需求研究中国液冷数据中心市场需求研究第一节 行业用户液冷数据中心部署现状.40第二节 泛互联网行业用户液冷数据中心需求.42第三节
4、 泛政府行业用户液冷数据中心需求.46第四节 电信运营商液冷数据中心需求.50第五节 金融行业用户液冷数据中心需求.54第五章第五章 中国液冷数据中心市场竞争研究中国液冷数据中心市场竞争研究第一节 中国液冷数据中心市场竞争态势.56第二节 中国液冷服务器市场竞争分析.60第三节 中国液冷基础设施市场竞争分析.68第六章第六章 中国液冷数据中心市场发展趋势与前景中国液冷数据中心市场发展趋势与前景第一节 未来中国液冷数据中心市场规模预测.72第二节 未来中国液冷数据中心市场发展特征与趋势.77第三节 未来中国液冷数据中心市场发展前景.79附:中国液冷数据中心典型案例附:中国液冷数据中心典型案例4第
5、一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景图表目录图表目录图表 1:数据中心在数字经济发展中的基础性作用.2图表 2:2017-2022 年中国数据中心机柜规模及增长.3图表 3:2022 年数据中心实际 PUE 与政策要求 PUE 差异比较.4图表 4:国家层面液冷数据中心政策.5图表 5:地方层面液冷数据中心政策.6图表 6:主流芯片制造商芯片功耗增长预测.7图表 7:数据中心冷却技术分类.11图表 8:不同数据中心冷却方式制冷效果.11图表 9:冷板式液冷原理示意图.14图表 10:浸没式液冷原理示意图.15图表 11:喷淋式液冷原理示意图.16图表 12
6、:数据中心液冷技术方案对比.18图表 13:中国液冷数据中心产业链图谱.20图表 14:液冷数据中心业务落地流程示意图.23图表 15:2019-2022 年中国液冷数据中心市场规模.25图表 16:2019-2022 年中国冷板式液冷数据中心市场规模.26图表 17:2019-2022 年中国液冷服务器市场规模.27图表 18:2019-2022 年中国液冷数据中心基础设施市场规模.28图表 19:中国液冷数据中心产业生命周期.29图表 20:2022 年中国液冷数据中心市场行业需求结构.41图表 21:不同行业用户液冷数据中心部署原因.42图表 22:2019-2022 年中国泛互联网行业
7、液冷数据中心需求规模.43图表 23:头部泛互联网企业液冷技术布局及应用.44第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景5图表 24:2023-2027 年中国泛互联网行业液冷数据中心需求规模预测.45图表 25:2019-2022 年中国泛政府行业液冷数据中心需求规模.46图表 26:泛政府领域液冷数据中心项目部署案例.47图表 27:政府主导建设智算中心项目情况.48图表 28:2023-2027 年中国泛政府行业液冷数据中心需求规模预测.49图表 29:2019-2022 年中国电信行业液冷数据中心需求规模.50图表 30:基础电信运营商早期液冷技术验证
8、.51图表 31:2023-2027 年中国电信行业液冷数据中心需求规模预测.53图表 32:2019-2027 年中国金融行业液冷数据中心需求规模及预测.54图表 33:液冷数据中心市场细分领域玩家竞合关系.57图表 34:液冷服务器业务发展关键因素.60图表 35:中国液冷数据中心市场服务器厂商竞争态势.61图表 36:超聚变主要液冷服务器产品.63图表 37:浪潮主要液冷服务器产品.64图表 38:宁畅信息主要液冷服务器产品.65图表 39:新华三主要液冷服务器产品.66图表 40:主要液冷基础设施厂商技术线和产品线情况.68图表 41:2023-2027 年中国液冷数据中心市场规模预测
9、.73图表 42:2023-2027 年中国冷板式液冷数据中心市场规模预测.74图表 43:2023-2027 年中国液冷服务器市场规模预测.75图表 44:2023-2027 年中国液冷基础设施市场规模预测.76第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景1第一章第一章中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景数字经济发展、“双碳”压力加大以及 IT 部署功率密度持续提升的背景下,液冷系统凭借高效散热能力,在数据中心的渗透率将持续提升,液冷数据中心产业发展前景广阔。第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景21
10、1、数字经济发展,驱动中国数据中心市场持续增长、数字经济发展,驱动中国数据中心市场持续增长近年来,中国数字经济保持较快发展。各区域各行业数字产业政策密集出台,以及 5G、AI、工业互联网、区块链等数字技术逐步成熟落地,推动数字经济持续快速增长,成为国家及社会经济发展的核心驱动。同时,自 2019 年数据纳入生产要素范畴以来,数据要素市场建设深入推进,将推动以数据为核心的数字经济进程不断推进,向更深层次的数字经济发展阶段迈进。2022 年,中国数字经济规模达到 50.2 万亿元,同比名义增长10.3%,占国内生产总值比重提升至 41.5%。根据国家网信办,截至2022 年底,中国数据产量达到 8
11、.1ZB,同比增长 22.7%。数据中心是数字经济基础设施底座,中国数字经济快速发展,数字产业化及产业数字化进程推进,数据量爆发式增长,将直接带动数据中心市场快速增长。图表图表 1 1:数据中心在数字经济发展中的基础性作用:数据中心在数字经济发展中的基础性作用3第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景截至 2022 年底,中国数据中心机架总规模达到 670 万架,近五年复合增长率达到 32.2%。预计未来五年,随着国内大数据产业逐步成熟,智能 ABC(人工智能、大数据、云计算)、5G、数字孪生技术等新兴数字技术由研发阶段逐步迈向应用阶段,大量数据存储、传输和
12、计算需求将持续促进数据中心的建设与发展。图表图表 2 2:2 2017-2022017-2022 年中国数据中心机柜规模及增长(标准机柜,万架)年中国数据中心机柜规模及增长(标准机柜,万架)注:数据中心机柜规模统计维度为 2.5kW 标准机柜数量。数据来源:工业和信息化部2 2、“双碳双碳”系列政策密集出台,液冷是重要的绿色化解决方案系列政策密集出台,液冷是重要的绿色化解决方案数据中心具有高耗能属性,根据科智咨询统计,2022 年全年用电量达到 845.2 亿千瓦时,占全社会用电量约 1%。伴随数据中心规模持续扩大,基于现阶段技术和系统架构,数据中心用电量将快速上升。因此数据中心产业可持续发展
13、需要考虑采用更加节能效果更好的技术及产品,助力“双碳”目标实现。“双碳”目标提出以来,国家及地方政府出台相关政策,对 PUE4第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景(数据中心总能耗/IT 设备能耗)提出更高要求,工信部新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)提出到 2023 年底,新建大型及以上数据中心 PUE 降低到 1.3 以下,东数西算枢纽节点及寒冷地区力争降低到 1.25 以下;北上广深一线城市对于 PUE 限制更为严格。政策要求与数据中心实际运行 PUE 仍有较大差距,需要采用更加高效节能的技术及设备,降低数据中心能耗。图表图表 3
14、 3:2 2022022 年数据中心实际年数据中心实际 P PUEUE 与政策要求与政策要求 P PUEUE 差异比较差异比较数据来源:科智咨询5第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景数据中心 PUE 是衡量数据中心环境能耗的指标,除 IT 设备外,数据中心运行能耗主要来自制冷系统。根据科智咨询测算,以运行 PUE为 1.57 的数据中心为例,IT 设备能耗占比为 63.7%,其次是制冷系统能耗占比,达到 27.9%。因此降低 PUE 的关键在于采用更加高效绿色的制冷方案,传统风冷技术 PUE 极限值为 1.25,液冷技术能够实现数据中心能耗低于 1.1,
15、可有效解决 PUE 难题。液冷技术作为高效绿色的数据中心冷却方案,成为国家及地方政策鼓励采用的重要节能技术。在国家层面,政策从算力集约化和绿色化出发,明确提出鼓励数据中心部署液冷系统。图表图表 4 4:国家层面液冷数据中心政策:国家层面液冷数据中心政策时间时间发文主体发文主体政策名称政策名称主要内容主要内容2023 年3 月财政部、生态环境部、工业和信息化部绿色数据中心政府采 购 需 求 标 准(试行)数据中心相关设备和服务应当优先选用新能源、液冷、分布式供电、模块化机房等高效方案。2021 年12 月国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据
16、中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案支持数据中心采用新型机房精密空调、液冷、机柜式模块化、余热综合利用等方式建设数据中心。2021 年7 月工业和信息化部新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)鼓励应用高密度集成等高效 IT 设备、液冷等高效制冷系统、高压直流等高效供配电系统、能效环境集成检测等高效辅助系统技术产品。鼓励企业加大技术研发投入,开展新型数据中心预制化、液冷等设施层,专用服务器、存储阵列等 IT 层,总线级超融合网络等网络层的技术研发。2021 年5 月国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案
17、推动数据中心采用高密度集成高效电子信息设备、新型机房精密空调、液冷、机柜模块化、余热回收利用等节能技术模式。信息来源:科智咨询整理6第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景在地方层面,除贯彻落实国家宏观政策外,政府通过对使用液冷技术的数据中心提供奖励,扩大液冷数据中心规模,提升地区能效水平,鼓励液冷服务器、液冷设备等产业发展等方式,促进液冷产业链生态的完善,为地区发展提供新动能。图表图表 5 5:地方层面液冷数据中心政策:地方层面液冷数据中心政策地区地区时间时间发文主体发文主体政策名称政策名称主要内容主要内容北京2022 年7 月北京市经济和信息化局北京市推
18、动软件和信息服务业高质量发展的若干政策措施对数据中心转型为算力中心或涉及余热回收、液冷、氢能应用的,按照固定资产投资的 30%进行奖励。对于改造后PUE达到地方标准数据中心能源效率限额(DB11/T1139)规定准入值且接入“北京市节能监测服务平台”的数据(算力)中心,按照改造项目固定资产投资的25%进行奖励。张家口2019 年6 月张家口市人民政府中国数坝张家口市大数据产业发展 规 划(2019 2025 年)立足坝上地区水资源缺乏的实际,鼓励企业采用浸没式液冷技术、冷板式冷却技术或无蒸发式水冷技术提高水资源使用效率。上海2022 年6 月上海市经济和信 息 化 委 员会、上海市发展和改革委
19、员会上海市经济信息化委 市发展改革委关于推进本市数据中心健康有序发展的实施意见加快绿色新技术新产品运用。鼓励应用高密度集成等高效 IT 设备、液冷等高效制冷系统、高压直流等高效供配电系统、能效环境集成检测等高效辅助系统技术产品。浙江2021 年3 月浙江省发展和改革委员会、浙江省经济和信息化厅浙江省数字基础设施发展“十四五”规划强化绿色节能设计,加快研发应用液冷服务器、能源管理信息化系统、分布式供能等新技术,减低数据中心传统电源用电负荷。2021 年12 月浙江省发展改革委、省经信厅等五部门浙江省推动数据中心能效提升行动方 案(2021-2025年)支持数据中心采用新型机房精密空调、高效电源设
20、备、液冷技术、机柜式模块化、削峰填谷应用、余热综合利用等方式建设数据中心。广东2023 年3 月广东省发展和改革委员会、广东省能源局等七部门广东省绿色高效制 冷 行 动 计 划(2023-2025)鼓励使用液冷服务器、热管背板、间接式蒸发冷却、行级空调、自动喷淋等高效制冷系统,因地制宜采用自然冷源等制冷方式,推动其与机械制冷高效协同,大幅提升数据中心能效水平。7第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景重庆2022 年12 月重庆市通信管理局、重庆市经济和信息化委员会等十部门重庆市信息通信行业绿色低碳发展行 动 实 施 方 案(2022-2025年)积极应用液
21、冷型、高温型 IT 设备,提高数据中心 IT 设备能效。成都2022 年12 月成都市经济和信息化局全国一体化算力网络成渝国家枢纽节点(成都)推进方案鼓励数据中心采用间接蒸发冷却、近端制冷、液冷、余热综合利用等先进供冷技术。信息来源:科智咨询整理3 3、数据中心、数据中心 ITIT 部署密度不断提升,液冷成为高效散热最优解部署密度不断提升,液冷成为高效散热最优解芯片散热效率要求提升,高算力应用场景涌现,驱动单机柜功率密度提升,对数据中心散热提出更高要求。近年来,市场主流芯片功耗密度持续提升,散热需求快速增长,Intel、ADM 等主要芯片制造商持续提高芯片的散热设计功耗 TDP(Thermal
22、 Design Power),主流系列处理器功耗已达 350-400 TDP/W。此外,AI 应用发展推动 GPU 需求增长,GPU 功耗密度远高于 CPU,NVIDIA H800 功率密度达到 700TDP/W,已突破传统风冷系统散热能力范围。预计未来在后摩尔定律时代下,芯片算力与功耗仍将大幅提升。图表图表 6 6:主流芯片制造商芯片功耗增长预测:主流芯片制造商芯片功耗增长预测数据来源:企业官网8第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景从用户需求来看,高算力应用场景部署需求不断增长,单机柜密度从 4.4kW 逐步增长至 8kW 乃至更高,将带动液冷数据中心
23、发展。通用算力场景中,高算力部署需求主要集中在公有云及互联网领域。公有云业务基于 IT 基础资源提供服务,未来一段时间仍将保持40%以上的快速增长,需要通过高密部署实现降本增效;以云游戏为代表的主流高性能计算场景已达 1kW/U 的功率密度。伴随 ChatGPT 的商业化落地,智算需求将快速提升。国内百度、阿里、腾讯、华为、字节等互联网大厂陆续推出 AIGC 算力模型,基于GPU 的智能算力部署将持续提升,智算中心单机柜密度一般在 20kW 以上,需要部署液冷系统达到散热要求。根据 2023 年 10 月工信部等六部门发布的算力基础设施高质量发展行动计划,到 2025 年,中国算力规模将超过
24、300 EFLOPS,其中,智能算力占比将达到 35%,智算规模的增长将成为液冷数据中心发展的重要驱动。伴随高密应用场景增加以及 IT 部署密度提升,数据中心需要采用更加高效的散热方式,传统风冷技术散热上限一般为单机柜 20kW,难以满足更加高密的部署;部分项目试点采用水底、山洞等方式进行冷却,但受到特殊自然环境限制,难以推广;液冷通过用高比热容的液体取代空气作为热量传输的媒介,直接或间接接触发热器件,散热效率高,能够最大程度满足数据中心高效散热需求。9第一章第一章 丨丨 中国液冷数据中心产业发展背景中国液冷数据中心产业发展背景第二章第二章中国数据中心产业液冷技术发展中国数据中心产业液冷技术发
25、展及应用概况及应用概况目前液冷发展形成三条技术路线:冷板式、喷淋式、浸没式液冷。冷板式液冷方案与传统技术相比差异性小,部署成本低,根据科智咨询统计,现阶段在液冷数据中心中应用比例超过 90%,但冷板式方案制冷效率略低于浸没式。伴随高算力需求增长,预计未来几年,浸没式应用比例将有所提升。第二章第二章 丨丨 中国数据中心产业液冷技术发展及应用概况中国数据中心产业液冷技术发展及应用概况10第一节第一节 数据中心产业液冷技术发展现状数据中心产业液冷技术发展现状一、一、数据中心冷却数据中心冷却方式方式与与液冷液冷技术技术优势优势数据中心是为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所,集合了大量电子元器
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