6月5日,中国移动、中国电信、中国联通三大运营商联合发布了《电信运营商液冷技术白皮书》(以下简称“白皮书”)。
据了解,该《白皮书》对于液冷技术提出三年发展愿景:三大运营商将于2023年开展技术验证;2024年开展规模测试,新建数据中心项目10%规模试点应用液冷技术,推进产业生态成熟,降低全生命周期成本;2025年开展规模应用,50%以上数据中心项目应用液冷技术。
图片来源:电信运营商液冷技术白皮书Liquid Cooling Technology Whitepaper(2023年)
在技术路线选择方面,电信运营商现阶段主要推进冷板式液冷与单相浸没式液冷两种技术路线。《白皮书》认为,冷板式液冷与单相浸没式液冷各有优劣,生态均需完善,两者演进尚需时日,未来一定时间内将并存发展。
资料显示,冷板式技术属于间接接触型液冷,将需要散热的设备固定在冷板上,液体经过冷板将设备的热量传递带走。冷板式兼容性强、易展开维护,主要应用于标准化、通用化的一般高密度数据中心。
而浸没式技术则属于直接接触型液冷,是将服务器等有散热需求设备完全浸没在冷却液中,通过液体循环流动进行冷却。其散热效率更高、噪音低、功率密度更低,主要应用于超高密度数据中心。
《白皮书》认为,电信运营商将从传统意义的单纯用户,转变为液冷生态的主导者、设计者、构筑者,将会融合上下游合作伙伴,推进产业生态成熟。
在单相浸没式液冷方面,三大运营商表示2024年适时开展系统兼容性、服务器定制、冷却液(碳氢及有机硅化合物类和碳氟化合物类)国产替代等研发与试点验证。
性能优异!国内企业加速布局氟化冷却液!
氟化液简介
据小编了解,目前常见的冷却液类型有水、芳香族物质、硅酸酯、脂肪族化合物、有机硅类物质、氟化液等。其中:氟化液(Fluorinated Liquid)是一种无色无味绝缘且不燃的化学溶剂,最开始是用作线路板的清洗液,加上其具有不燃和绝缘的惰性特点,目前下游应用领域已经涉及半导体冷却板的冷却、数据中心的浸入式冷却、航空电子设备的喷雾冷却等。
图片来源:电信运营商液冷技术白皮书Liquid Cooling Technology Whitepaper(2023年)
碳氟类(Fluorocarbon)冷却液将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的有机化合物,整体传热能力更佳,同时无闪点不可燃、寿命长、不易变质、兼容性好、低粘度易维护、更安全可靠。面向愈发严格的环境保护要求,氟化学公司正致力于研究开发超低温室效应碳氟化合物(Ultra Low GWP),争取对环境友好的同时兼顾商用需求、适宜的生产成本和稳定工艺,3M、科慕、霍尼韦尔等企业均有所涉及。同时,当前造价高,随着技术发展与国产化替代,液体成本将逐步下降,经济性得到改善。 根据碳氟化合物的组成成分和结构不同,可再分为氯氟烃(CFC)、氢代氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氢氟醚(HFE)等种类。 浸没液冷+冷塔散热架构示意图,图片来源:电信运营商液冷技术白皮书Liquid Cooling Technology Whitepaper(2023年) 目前CFC已在全球范围内被淘汰,HFC在20世纪90年代被开发出,用于替代氢氯氟碳(HCFC)和其他破坏臭氧层的物质。部分HFC(如HFC-365mfc)可被用于溶剂清洗应用,虽然其不破坏臭氧层,但全球变暖潜能值(GWP)较高。 全氟碳化合物(PFC)包含全氟烷烃、全氟胺、全氟聚醚(PFPE)等类型,在沸点和介电常数方面的特性较为适合半导体设备冷却场景,但也有温室效应影响;氢氟醚(HFE)的温室效应影响较小,对臭氧层无破坏,但通常具有较高的介电常数,和印制线路板微带线或连接件直接接触时对信号传输影响较大。综合来看,全氟碳化合物是目前更适合用于数据中心液冷系统的冷却液。 氟化液产业现状 从全球市场竞争格局来看,电子氟化液市场长期被国外企业占据。高性能电子氟化液适用于大数据中心换热所需的冷却介质及尖端产业、电子流体,该生产技术曾长期被国外垄断。国外生产电子氟化液的企业主要有3M、苏威、旭硝子等,上述企业占据了全世界绝大多数市场份额。3M的电子氟化液代表产品有FluorinerTM、NovecTM、Fluere。苏威的代表产品有FomblinYLVAC25/6;旭硝子的代表产品有ASAHIKLINAC、AE系列。 此前,3M宣布在2025年之前停止所有PFAS(包括含氟聚合物、氟化液等)。3M预告停产半导体冷却剂后,业内人士表示,行业内冷却剂订单迅速涌向比利时Solvey及中国企业,这些公司冷却剂原材料与3M相同,但供应量有限。三星、SK海力士等多家半导体公司正积极寻找新的替代品,部分特定替代品今年供应已全数售罄。 据了解,2019年,中国电信在贵州进行大容量路由器冷板式液冷研究和测试,采用国产氟化液作为冷却液,室外干冷器为冷源。路由器总功率为18KW,70%板卡器件由冷板式液冷散热,30%器件由风冷散热,经2年跟踪测试,在二次侧液冷系统供液45℃、室外环境15-20℃条件下,液冷运行PUE运行约1.15。 国信证券分析师杨林等指出,3M在全球半导体冷却剂的占有率为90%,3M的退出将为我国氟化液企业带来带来广阔市场机会。此外,AIGC及ChatGPT算力液冷服务器进入起步阶段,半导体氟化液清洗剂国产化进程空间广阔。 国海证券分析师李永磊等指出,人工智能技术的迅猛发展,极大增加了相关产业对高性能算力的需求,而在高性能算力的背后,对设备散热冷却提出了更高的要求。根据《中国液冷数据中心发展白皮书》数据,保守估计2025年中国液冷数据中心市场规模1283.2亿元,其中浸没式液冷市场占526.1亿元,占比将超过40%。 目前,国内的氟化冷却液市场以进口产品为主,仅有巨化股份、浙江诺亚、海斯福等少数企业实现了工业化生产。 1.巨化股份 巨化股份持股95%的浙江创氟高科新材料有限公司计划投资5.1亿元规划建设5000t/a浸没式冷却液项目,其中一期1000吨/年项目已经建成投产。项目产品主要有JHT电子流体系列、JHLO润滑油系列以及JX浸没式冷却液等产品。 其中,JHT系列热传导液产品,广泛应用于各种温控散热系统;JHLO系列润滑液产品,广泛用于化工、电子、汽车、军工、航空航天、半导体、机械轴承、机械制造等;JX浸没式冷却液,为单相浸没式数据中心冷却液,替代数据中心作为计算、存储、信息交互场所传统的散热方式,确保IT设备长期稳定高效运行,降低数据中心能耗。巨化股份目前对该项目的规划产能为5000吨/年。将视产品商用化规模需求和盈利能力等情况,决定实施后续项目建设。 2.新宙邦 新宙邦旗下的海斯福公司深耕有机氟精细化学品技术领域,经过十余年的产业化技术研究,实现BoreafTM电子氟化液HEL、FTM、 C4ME等系列产品(沸点50~300oC )的商业化。 海斯福的电子氟化液可用于半导体Chiller冷却、数据中心浸没冷却、精密清洗气相焊接、电子检漏等领域,因半导体领域冷却液价值量高于数据中心领域,目前新宙邦氟化液产品主要侧重于半导体领域,系列产品已全面供应全球半导体主流制造商。 目前,新宙邦清洗剂+冷却液合计产能达2000吨,随2023年下半年海斯福二期产能投产后有望增加至4000吨,远期规划扩产至5000吨产能。 3.浙江诺亚 浙江诺亚开发的电子氟化冷媒等电子化学品都开始应用于超算中心及大型云计算中心、半导体、集成电路等高端客户,其浸没式液冷 产品已经率先实现国产替代,规模化应用于国内多个大型数据中心、超算中心等,浙江诺亚还是《单相浸没式液冷数据中心设计要 求》的参编单位,该标准将于2023年8月1日正式实施。 据了解,浙江诺亚年产25500吨新型环保型灭火剂及含氟电子新材料生产基地建设项目于日前开工,该项目包括多款氟化液产 品,主要生产高效环保型全氟己酮灭火剂(商品名:Noah®5112)、氟化冷却液(Noah®2000、Noah®3000)和中高端电子清 洗剂等含氟电子化学品。 除上述企业外,还有部分企业也布局氟化冷却液,如思康化学、华夏神舟、山东华氟、永太科技等。其中,思康化学已经开发了包括全氟醚在内的冷却液产品,可应用于超算中心服务器冷却、储能电池安全冷却防护、云服务器数据中心冷却等领域。