新型智算中心改造系列报告二-拉动全球电力消耗增长-液冷渗透率快速提升-国信证券_58页_7mb

报告摘要

新型智算中心改造系列报告总结

能耗测算

单POD电力消耗：以英伟达DGX H100集群为例，127节点单POD总功率达1411176kW，其中计算部分（DGX H100服务器）占比89.83%，计算交换机占比57.2%。单台服务器对应智算中心功率为11112W，年用电量为97338KWh。
单位算力能耗模型：在FP16精度下，单PetaFLOPS算力对应年用电量为6084KWh；TF32精度下为12167KWh。
全球电力影响：华为预测2030年全球AI算力将超105Z FLOPS（FP16），对应的年用电量为63882太瓦时，较2022年增加24%。若以美国2023年用电量为基准，液冷需求将占据96%增量；中国2027年智能算力达11174E FLOPS（FP16），对应年用电量增量6798亿千瓦时。

供电侧分析

主流供电方案：包括交流UPS、高压直流及机架式直流架构。
- 交流UPS：结构成熟，但存在效率低、冗余复杂、可靠性不足等问题。
- 高压直流：效率高、可靠性强，但需高成本设备（如直流断路器）和改造兼容性。
- 机架式直流：集成度高，减少单点故障风险。
DGX H100配电要求：采用N+1或2N冗余方案，支持415VAC、32A三相输入，要求PDU和电源模块具备高耐受性。
行业趋势：UPS市场规模持续增长，2023年中国达152亿元，预计2025年增至191亿元。科华数据、华为、Vertiv占据主要市场份额。

冷却侧转型

液冷替代风冷：
- 国内渗透加速：因AI芯片功率提升导致风冷极限逼近，叠加PUE考核趋严，2024年液冷渗透率将快速提升。
- 市场规模：中国液冷服务器2024年市场规模预计201亿元，2027年达682亿元，CAGR为503%。
液冷技术分类：
- 冷板式：间接液冷，通过冷板转移热量，兼容风冷设备，占比65%。
- 浸没式：直接液冷，散热能力强且静音，但需定制化设备，2023年占比34%。
- 喷淋式：冷却液喷洒散热，成本低，但生态不完善，占比仅1%。
技术优势：液冷可显著降低PUE（如浸没式PUE达1.09，较风冷下降346%），并提升服务器功率密度与资源利用率。

绿色智算中心案例

英伟达：
- 推出SuperPOD架构，逐步引入液冷技术，下一代DGX AI系统将采用液冷散热。
- 提供高算力密度（单机柜43kW）与低PUE（1.06）方案。
AMD：
- 采用5nm/6nm制程降低芯片功耗，服务器启用液冷（如SCXD675、AS-4125CS-TNMR2）。
- 液冷方案提升CPU性能（SPECint提升87%）并降低噪音与能耗。
Intel：
- 通过紧耦合蒸发冷却与自然风冷结合，优化PUE至1.06，降低制冷能耗。
阿里云：
- 应用单相浸没式液冷，PUE降至1.09，机柜功率密度超100kW，资源利用率提升50%。
百度云：
- 天蝎50浸没式液冷方案，实现节点温度下降15℃，噪音降低至70dBA。
京东云：
- 冷板液冷降低风扇能耗18%-44%，PUE从1.3降至1.1，碳减排显著。
运营商方案：
- 中国移动：试点冷板式与浸没式液冷，呼和浩特与浙江项目验证技术可行性。
- 中国电信：在广州部署冷板式液冷模块，计划2023年在京津冀建设30个液冷机柜。
- 中国联通：德清数据中心采用冷板液冷，32架机柜稳定运行三年。