基础化工行业深度报告：液冷机架母线-高密度算力的“动脉”与“静脉”

TOC\o"1-2"\h\z\uAI应用发展迅速，算力需求增速快 4各国各地区出台多项政策鼓励AI发展 4人工智能推理服务器占比提升，规模算法推动算力需求增加 4芯片、机柜密度提升，液冷渗透率有望提升 7算力性能要求提高，芯片、机柜功耗逐步提升 7安全、能耗政策等多重因素制约下，液冷渗透率有望持续提高 9机柜电流密度提升，配电架构或将迎来革新 12相关标的：高度专业化、参与者稀少、龙头效应初显 15金田股份：技术及产能规模业内领先 15电工合金：拥有多年技术积累 16风险提示 16图1：全球生成式及非生成式人工智能规模预测 5图2：人工智能应用领域工作负载占比 5图3：中国人工智能服务器市场预测 5图4：中国人工智能服务器工作负载预测 5图5：中国人工智能应用场景发展 6图6：中国智能算力规模及预测 6图7：中国通用算力规模及预测 6图8：数据中心图形处理器的功耗限制（TDP） 7图9：英伟达近年芯片功率 8图10：芯片功耗发展趋势 8图最新的液冷设计：NVIDIAGB300机架布局（左图）和计算/服务器托盘（右图。 9图12：温度与芯片故障率的关系 10图13：全球数据中心及人工智能数据中心能耗预测 10图14：PUE限制下的冷却方式 图15：液冷散热在AI数据中心渗透率 图16：机架级电力需求 12图17：第一代传统机架服务器示意图 13图18：第二代机架服务器示意图 13图19：第三代机架服务器示意图 14图20：三代算力机柜供电方案 14图21：机架母线由风冷平排转向液冷台阶排 15图22：宽体柜+800V高压趋势提升机架母线需求 15表1：各国AI发展相关政策 4AI应用发展迅速，算力需求增速快各国各地区出台多项政策鼓励AI发展全球人工智能市场持续呈现增长态势，成为各行业智能化升级的重要驱动力，在技术创新、应用场景拓展的多重驱动下，全球企业对于人工智能技术的投资普遍提升，IDC预测，2025年全球2000强企业会将超过40%的IT预算投入到人工智能项目中。IDC70%的组织已经开始对生成式人工智能技术进行投资或17%的组织将生成式人工智能应用和服务引入生产环节；2025691亿美元，20282,022亿美元，2023-2028年五年年复合增长率为5.2%（人工智能市场整体同期年复合增长率为2.%表1：各国AI发展相关政策地区 事件美国网络与信息技术研发计划AI研发预算增长至31亿美元“星际之门”国家级计划投入5000亿美元用于美国国内人工智能基础设施建设微软、Meta、谷歌等大型科技公司陆续宣布了数十亿美元的投资计划，用于建设和升级人工智能基础设施中国建设国家级AI实验室与研究中心日本宣布设立规模超过650亿美元的投资基金，用于支持芯片和人工智能行业的发展新加坡未来五年将投资10亿美元用于人工智能计算、人才和产业发展欧盟推出《人工智能法案》，规范人工智能应用的透明度和安全性，将对市场参与者的业务模式产生积极影响在2025年初启动首批人工智能工厂的建设IDC人工智能推理服务器占比提升，规模算法推动算力需求增加规模法则（Scalinglaw）目前正在从预训练扩展到后训练和推理阶段。基于强化学习、思维链等算法创新在后训练和推理阶段更多的算力投入，可以进一步大幅提升大模型的深度思考能力。其在当前人工智能发展中仍然占主导地位，推高人工智能算力需求。IDC数据显示，2024年全球人工智能服务器市场规模预计为1251亿美元，2025年将增至1587亿美元，202822272025年29.6%202837.7%。IDC研究显示，生成式人工智能正迅速成为企业在边缘计算环境中最广泛应用的工作负载。图1：全球生成式及非生成式人工智能规模预测 图2：人工智能应用领域工作负载占比我国人工智能服务器需求增速快，推理服务器占比提高。大模型兴起和生成式人工智能应用显著提升了对高性能计算资源的需求，人工智能服务器作为支撑这些复杂人工智能IDC报告，2024190亿美元，202525936.2%，2028552亿美元。随着模型的成熟以及生成式人工智能应用的不断拓展，推理场景的需求日益增加，推理服务器的占比将显著提高。IDC2028年，推理工作负载占比将73%。图3：中国人工智能服务器市场预测 图4：中国人工智能服务器工作负载预测65.00%67.00%65.00%67.00%69.00%72.00%73.00%35.00%33.00%31.00%28.00%27.00%90.00%80.00%70.00%60.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%

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2028中国人工智能应用场景多元，推动算力需求。根据IDC及浪潮信息预测，2025年中国智能算力规模将达到1037.3EFLOPS，预计到2028年将达到2781.9EFLOPS。2025年中国85.8EFLOPS2028140.1EFLOPS。预测显示，2023-202846.2%，通用算力规模预计18.8%。图5：中国人工智能应用场景发展IDC算力结构持续优化，智算中心加速布局。根据中国信息通信研究院云计算与大数据研究所智算中心液冷产业全景研究报告(2025年)，近年来，我国智能算力规模持续扩大，智能算力占算力总规模比重进一步提升。截至2025年6月，我国智能算力规模达到788EFLOPS(FP16)。智能算力的旺盛需求同样带动了智算基础设施建设热潮，我国境内拟建、在建、已建成的智算中心项目数量持续突破，项目地点遍布30余座城市，已成为我国综合算力基础设施体系中的重要组成部分。图6：中国智能算力规模及预测 图7：中国通用算力规模及预测2781.92019.91460.32781.92019.91460.31037.3725.375155.2259.9416.7140.1119.9101.785.839.647.754.559.371.52500

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2028智能算力（基于FP16计算）（EFLOPS） 通用算力规模（基于FP64计算）（EFLOPS）芯片、机柜密度提升，液冷渗透率有望提升算力性能要求提高，芯片、机柜功耗逐步提升随着大模型训练和推理任务的复杂性和规模不断增加，人工智能芯片朝着更高性能和更高效能方向演进。人工智能芯片在算力提升、功耗优化和硬件加速等领域实现突破，为大规模数据处理和执行深度学习等复杂计算任务提供了强有力的支撑。图8：数据中心图形处理器的功耗限制（TDP）IDTechExGPUA100400W功率，GB200芯片，1000W，有较大提高。不断提升的芯片功耗直接影响着芯片的散热和可靠性，风冷散热将逐步转向液冷散热。图9：英伟达近年芯片功率NationalTaipeiUniversityofTechnologyCPU2017Intel202312月第五代处理器问世，TDP（热设计功耗）150W385W2倍。图10机柜热流密度提升，除芯片的散热功率快速攀升以外，智算大规模部署时网络架构、网络带宽及网络延时的水平直接影响集群的有效算力，也间接影响了机柜热密度。为实现GPUGPU服务器部署到同一个机柜GB200NVL72GPU72张，总功率达132kWNVL7218576GPUSuperPod1200KW240IT机柜的用电量。GB300机柜的总热设计功耗（TDP）154Kw，液冷配置GB300TDP3.5倍，从而在相同的物理空间内提供显著更高的计算吞吐量。27rubin架构机柜，其单柜功率超过600kW。图11：最新的液冷设计：NVIDIAGB300机架布局（左图）和计算/服务器托盘（右图。WCEC,UCDavis安全、能耗政策等多重因素制约下，液冷渗透率有望持续提高芯片需要控制工作温度。HaoLv等《ResearchOnThermalManagementTechnologyofSystem-LevelElectronicIntegratedPackage图12：温度与芯片故障率的关系HaoLv等《ResearchOnThermalManagementTechnologyofSystem-LevelElectronicIntegratedPackage服务器布局推高能耗。人工智能大模型技术的研发和应用带来了更高的能耗需求，IDC数据显示，2024年人工智能数据中心IT能耗（含服务器、存储系统和网络）达到55.1太瓦时（TW，225年将增至7.7太瓦时，是023年能耗量的两倍，207年将增146.2太瓦时，2022-202744.8%，五年间实现六倍增长。图13：全球数据中心及人工智能数据中心能耗预测IDCPUE。国家发展改革委印发的《数据中心绿色低碳发展专项行动计2025PUE（电能利用效率）1.5以下，新建及PUE1.25PUE不得1.2。图14：PUE限制下的冷却方式中兴通讯-液冷技术白皮书上述原因影响下，液冷渗透率逐步提高。根据TrendForce，随着NVIDIAGB200NVL72机柜式服务器于2025年放量出货，促使液冷技术从早期试点迈向规模化导入，预AI202414%202533%，并于未来数年持续成长。图15：液冷散热在AI数据中心渗透率40%33%40%33%14%6%40%35%30%25%20%15%10%5%0%2023

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2026E液冷散热技术于AI数据中心渗透率Trendforce机柜电流密度提升，配电架构或将迎来革新TEXASINSTRUMENTSAI应用领域的逐渐增加，为实现更多的应用场景，需要的电力急剧攀升，IT2028年单IT1.5MW10倍。图16：机架级电力需求TEXASINSTRUMENTSTEXASINSTRUMENTS资料，一代配电架构，自2090年代至今，该架构一直在服务器和数据中心领域占据13kV480V交流电，UPS负责缓冲电压波动。一旦市电中断，UPS会立即用电池和逆变器维持供电，同时自动切换开关启动备用发电机接管。480V277V的相电12V配给服务器内部的各个部件。这种12V配电架构在单机架功率10-20kW时表现良好，但随着算力需求攀升，供电压力也越来越大。图17：第一代传统机架服务器示意图TEXASINSTRUMENTS与第一代类似，13kV480VUPS，而277VPSU组成（N+1冗余配置，统一为整架服务器供电，而非单独给每个托盘供电。电源架输出50V直流电，通UPS，另一些则用本地电池备份单元（BBU）50V总线在市电中断时不掉电，直到发电机启动。有些还会加装电容器组来抑制电压和电流的瞬变冲击。50V电压送到每个托盘后，再由本地的中间总12VIT100kW200kW左右，配电损耗就会显著增加，导致进一步提升功率变得不切实际。图18：第二代机架服务器示意图TEXASINSTRUMENTS2028年，AI150V架构，汇流排2800V直流或±400V直流配电，电流骤降至1250安培，不仅效率更高，汇流排也更轻更省空间。图19：第三代机架服务器示意图TEXASINSTRUMENTS供电线束方面，数据中心供电线路经历了从线束到PDU再到机架母线的三代演进。第一代采用传统线束连接，算力托盘无法盲插，安装维护成本高，且仅能满足低载流工况，目前已被大量替代。第二代将线束整合为类似排插的PDU，两根纵向布局在算力柜两侧，虽有所改进但仍无法适配算力托盘盲插，单柜重量3-4公斤，在超过96安培的高载流工况下无法使用，难以满足高性能算力柜需求。2-3PDU，布置在算力柜中间，完美适配算力抽屉盲插，空间占用小且维护成本低。它能够满足高性能算力柜的高载流工作环境，供电线路散热方式也从风冷转向液冷（NVIDIARubin已采用液冷机架母线，或成未来标配。同800V高压趋势；不过加工难度大，单柜母线重达10-40公斤，功率越高用量越大，目前实际切入供应的企业较少，加工费也较高。图20：三代算力机柜供电方案界面新闻（供电）（散热。随着算力柜功率急剧攀升，供电线路散热从风冷切换为液冷已成为必然趋势——液冷管直接接在机架母线上，液冷机架母线（台阶排有望替代风冷母线（平排）高、加工费高于平排，但如Rubin架构已采用液冷机架母线（台阶排）并配套液冷铜管，标志着液冷散热机架母线正成为高功率算力基础设施的必然选择。图21：机架母线由风冷平排转向液冷台阶排界面新闻算力柜宽体化趋势推动电源整体移出形成独立电力柜，电力柜与算力柜通过横向机架母线连接，显著扩大了机架母线市场空间。800V高压电源平台或成未来主流，对机架母线性能要求更高，对应加工费水平也将进一步提升。在头部算力企业ESG需求驱动下，再生铜机架母线使用量有望提升。图22：宽体柜+800V高压趋势提升机架母线需求界面新闻相关标的：高度专业化、参与者稀少、龙头效应初显金田股份：技术及产能规模业内领先20254.121%1.4155%3.5万吨，1.5划在越南投资建设“年产3万吨液冷散热及机架母线用高精密铜排