计算机：AIGC加速芯片级液冷散热市场爆发

2022年2月13日AIGC加速芯片级液冷散热市场爆发行业评级：看好证券研究报告分析师张建民分析师汪洁证书编号S1230518060001证书编号S1230519120002投资要点2AIGC 拉动算力需求高增长AIGC以大模型、大数据为基础。AIGC中的生成式模型/多模态，主要为对智能算力的需求。2021年全球计算设备算力总规模/智能算力规模615/232EFlops，2030年有望增至56/52.5ZFlops，CAGR 65%/80%；平均算力翻倍时间缩至9.9个月。芯片级液冷成主流散热方案功耗增加驱动散热需求升级：Intel CPU功耗突破350W/英伟达GPU 功耗突破700W，AI集群算力密度普遍达到50kW/柜。风冷散热已趋于能力天花板：机柜功率超过15kW是风冷能力天花板，液体导热性能是空气的15-25倍，升级液冷需求迫切。散热越来越贴近核心发热源：预计将从房间级、机柜级、服务器级向芯片级演进。政策监管趋严加速液冷渗透：温控系统的能耗是降低PUE关键因素之一，双碳背景下东数西算节点PUE要求1.25/1.2以下。芯片级液冷开启百亿级市场2021年全球AI服务器市场规模156亿美元，预计到2025年达318亿美元，CAGR 19.5%；2021年中国AI服务器市场规模350亿元，预计2025年达702亿元，CAGR 19.0%；AIGC有望进一步拉动增速。AI服务器芯片级液冷需求百亿级：匡算2025年全球、中国AI服务器液冷市场规模223-333亿元、72-108亿元；通用服务器进一步带来弹性：匡算2027年通用市场液冷规模，全球保守269-361亿元 /全球乐观702-941亿元；国内保守78-104亿元/国内乐观203-272亿元。投资建议:推荐英维克/高澜AIGC有望带来芯片级液冷进入需求爆发期，液冷解决方案厂商/冷却液厂商/服务器厂商/交换路由厂商等积极参与。英维克：温控行业龙头，研究全系统电子散热解决方案，在液冷领域端到端布局，已经在冷板式液冷赢得一些重要项目，开始为超聚变提供全链条液冷解决方案；与英特尔等联合发布白皮书；前瞻布局，实力领先。高澜股份：国内领先液冷解决方案提供商，已与国产GPU企业芯动科技达成战略合作；目前已实现服务器液冷相关产品的样件及小批量供货.风险提示3AIGC发展不及预期的风险；芯片级液冷渗透不及预期的风险；芯片迭代升级不及预期的风险；推荐及建议关注公司份额获取不及预期的风险等。目录C O N T E N T S1、AIGC 拉动算力需求高增长2、芯片级液冷成主流散热方案3、芯片级液冷开启百亿级市场4、投资建议与风险提示4AIGC拉动算力需求高增长01Partone5016AIGC以大模型、大数据为基础。大模型是指通过在大规模宽泛的数据上进行训练后能适应下游任务的模型，大模型出现后：模型参数量级式提升： ChatGPT是OpenAI对其2020年发布的GPT-3模型微调后开发出的对话机器人， GPT-3模型参数量1750亿，2018年6月推出的GPT-1、2019年2月推出的GPT2模型参数量仅1.17亿、15亿，2021年1月Google推出的SwitchTransformer模型参数量进一步提升到1.6万亿。需求多元化加速算力多样化升级：算力按照需求匹配，可分为基础算力、智能算力及超算算力。未来，全球扩增的数据中80%以上都是非结构化数据（文本、图片、语音、视频等）。AIGC中的生成式模型/多模态，主要为对智能算力的需求。图：2018年来大规模语言模型参数增长趋势资料来源：澎湃，浙商证券研究所算力规模未来高速增长，AIGC拉动算力需求资料来源：浙商证券研究所图：AIGC对智能算力具备强需求017算力规模未来高速增长，AIGC拉动算力需求资料来源：中国信通院，浙商证券研究所全球算力高速发展态势：2021年，全球计算设备算力总规模达到615EFlops，增速44%。2030年，有望增至56ZFlops，CAGR达到65%，其中智能算力由232EFlops增至52.5ZFlops，CAGR超过80% ；算力翻倍时间明显缩短：大模型出现后，带来了新的算力增长趋势，平均算力翻倍时间为9.9个月。图：全球算力规模及增速图：不同机器学习时代的算力增长趋势资料来源：ComputeTrendsAcrossThreeErasofMachineLearning，浙商证券研究所芯片级液冷成主流散热方案02Partone8添加标题95%2.1算力提升，散热需求升级029算力提升的背后，芯片必须具备更高计算效率，在更短时间内完成更多运算，因而必然伴随芯片能耗的加大：ODCC《冷板式液冷服务器可靠性白皮书》信息，2022年Intel第四代服务器处理器单CPU功耗已突破350瓦，英伟达单GPU芯片功耗突破700瓦，AI集群算力密度普遍达到50kW/柜。图：高算力带来高性能资料来源：紫光集团，浙商证券研究所2.1算力提升，散热需求升级0210芯片工作温度会显著影响性能，功率密度的增加使芯片的热流密度显著升高使芯片温度升高。传统芯片中，用于冷却的体积占98%，只有2%用于计算运行，但是依然很难解决现在存在的散热问题，随着芯片性能的持续快速提升，散热问题将愈加突出。添加标题图：工作温度会显著影响芯片性能资料来源：《基于大功率密度热源的芯片级微流道散热技术研究》，浙商证券研究所2.2散热向芯片级演进趋势0211散热设备越来越贴近芯片等核心发热源是重要趋势，未来散热预计将从房间级、机柜级、服务器级向芯片级演进，通过散热部件与芯片表面直接接触实现更好的芯片散热。添加标题95%图：散热设备越来越贴近发热源资料来源：阿里巴巴，浙商证券研究所2.3采用更加高效的冷却介质0212而在冷却介质的选择上，也进一步趋于选择冷却效率更好的冷却介质。CDCC数据，液体的导热性能是空气的15～25倍，随着热密度的提升，液冷有望替代风冷实现更高效散热。英特尔《绿色数据中心创新实践--冷板液冷系统设计参考》白皮书信息，采用风冷的数据中心通常可以解决12kW以内的机柜制冷，机柜功率超过15kW，相对于现有的风冷数据中心，已经到了空气对流散热能力的天花板，液冷技术作为一种散热能力更强的技术，可以支持更高的功率密度。表：液体冷却介质资料来源：腾讯，蓝色大脑，浙商证券研究所液体冷却介质单相（在整个运行过程中保持单一液态的冷却工质）两相（在吸热和放热过程中会发生气液两相转换的液体）水基非水基通过液体的气化潜热吸收热量，在循环中形成携带热量的两相流。两相冷却工质通常是介电液体或冷媒纯水液：以纯水为溶剂，不添加任何其他材料或只依据耐零下温度需求添加一定比例（0%~60%）防冻剂构成；配方液：以纯水为溶剂，添加缓蚀剂、杀生剂等，并依据耐零下温度需求添加一定比例（0%~60%）防冻剂构成，使用时需要定期取样检测添加剂状况需要配合工质纯化模块使用一般为沸点不低于水的氢氟醚、全氟碳等介电液体或矿物油，使用时需在浸润材料兼容性上应进行严格审查和测试表：空气和液体导热能力对比资料来源：CDCC，浙商证券研究所2.4PUE趋严，进一步要求散热效率0213温控系统能耗占数据中心非IT能耗的80%，温控系统的能耗是PU