По мере широкого распространения крупномасштабного обучения моделей и вычислительных кластеров для искусственного интеллекта, энергопотребление серверных чипов превышает прежние ожидания. Энергопотребление на один графический процессор без труда превысило уровень киловатт, а энергопотребление на один серверный шкаф на вычислительных платформах следующего поколения достигло 225 кВт. Традиционный подход к воздушному охлаждению, основанный исключительно на вентиляторах и системах кондиционирования воздуха для отвода тепла, имеет максимальную охлаждающую способность всего 30 кВт, что делает его все менее эффективным для отвода значительного количества тепла, выделяемого при высокоплотных вычислительных нагрузках.
В глобальных центрах обработки данных незаметно разворачивается революция в области охлаждения вычислительной техники: жидкостное охлаждение перестало быть просто дополнительной функцией в нескольких суперкомпьютерных центрах – оно стало стандартным решением для высокопроизводительных серверов, предназначенных для искусственного интеллекта.
01. Вычислительная мощность продолжает стремительно расти – системы жидкостного охлаждения занимают центральное место в отрасли.
Долгое время охлаждение центров обработки данных осуществлялось с помощью систем кондиционирования воздуха и вентиляторов — простого, эффективного и экономичного подхода. Однако с широким распространением крупномасштабных интеллектуальных вычислительных центров и кластеров сверхбольших вычислительных узлов потребление энергии чипами резко возросло, что делает ограничения производительности решений с воздушным охлаждением все более очевидными. Когда потребление энергии на сервер превышает 100 кВт, давление, связанное с жидкостным охлаждением с помощью пластин, резко возрастает; как только потребление энергии на сервер достигает или превышает 200 кВт, преимущества решений с иммерсионным жидкостным охлаждением становятся еще более заметными.
Данные по отрасли наглядно отражают динамику рынка: Ожидается, что объем внутреннего рынка центров обработки данных с жидкостным охлаждением достигнет 15,98 млрд юаней к 2025 году, что представляет собой рост на 45,2% в годовом исчислении; по прогнозам экспертов, объем мирового рынка интеллектуальных вычислительных систем с жидкостным охлаждением может превысить 100 млрд юаней к 2026 году. По прогнозам TrendForce, доля жидкостного охлаждения в секторе чипов для искусственного интеллекта вырастет с 33% в 2025 году до 53% в 2026 году и приблизится к 60% к 2027 году.
Последний шаг NVIDIA свидетельствует о всестороннем переходе к решениям на основе жидкостного охлаждения. Вычислительная платформа нового поколения Vera Rubin запущена в серийное производство и запланирована к крупномасштабным поставкам осенью 2026 года. Эта платформа исключает использование традиционных вентиляторов, применяя полномасштабную систему жидкостного охлаждения с охлаждающими пластинами, которая охватывает все компоненты — включая чипы, оптические модули, коммутаторы и блоки питания — в рамках своей системы жидкостного охлаждения. Благодаря использованию системы циркуляции воды средней температуры, работающей при 45°C, общий показатель PUE (коэффициент эффективности использования энергии) в центре обработки данных может быть снижен до 1,08, что значительно уменьшает энергопотребление вычислительной инфраструктуры.
Этот резкий рост спроса на системы жидкостного охлаждения обусловлен не только китайским рынком. Масштабные обучающие кластеры, развернутые ведущими мировыми поставщиками облачных услуг — Meta, Microsoft и Google — составляют основной двигатель глобального спроса на жидкостное охлаждение, на их долю приходится приблизительно 60% роста.С другой стороны, внутренний рынок развивается за счет централизованных закупочных инициатив, осуществляемых телекоммуникационными операторами, крупными интернет-компаниями и региональными центрами интеллектуальных вычислений, и занимает оставшиеся 30–40% роста рынка.
Проще говоря: поскольку энергопотребление чипов для ИИ продолжает расти, плотность вычислительной мощности в центрах обработки данных постоянно увеличивается, и постоянно открываются новые глобальные центры вычислений для ИИ, основная причина роста сектора жидкостного охлаждения останется неизменной.
02. Промышленная цепочка в двух противоположных состояниях: достаточные мощности для полной сборки устройств, но спрос на основные прецизионные компоненты превышает предложение.
На фоне бурного роста рынка многие отечественные производители, специализирующиеся на решениях для жидкостного охлаждения, сталкиваются с огромными объемами заказов. Производственная линия серверов для ИИ в Цзинане ускоряет сборку моделей серверов с жидкостным охлаждением; на линии по производству основного оборудования в Лайси, Циндао, запланированы заказы до конца года; а у поставщиков компонентов для жидкостного охлаждения в Фошане объемы заказов, стоимость продукции и поставки почти удвоились. Многие компании, акции которых котируются на бирже, сообщили, что их производственные мощности по выпуску пластин для жидкостного охлаждения работают практически на полную мощность.
Однако за этим кажущимся процветанием скрывается резкое расхождение в динамике спроса и предложения по всей производственной цепочке; не все сегменты испытывают ограничения производственных мощностей.
С точки зрения отраслевой сегментации, сегмент сборки серверов имеет относительно низкие барьеры для входа и самые быстрые темпы расширения производственных мощностей; следовательно, ожидается, что дефицит предложения значительно ослабнет к следующему году. Фактический разрыв между спросом и предложением наблюдается в сегменте производства высокоточных компонентов, где надежность продукции и точность обработки напрямую определяют выход годной продукции, что делает расширение производственных мощностей особенно сложной задачей, а процессы сертификации — длительными, тем самым подчеркивая выраженное несоответствие спроса и предложения.
В настоящее время система жидкостного охлаждения с охлаждающей пластиной является основным подходом, обеспечивающим значительный рост рынка. Вся система состоит из множества ключевых компонентов: узла охлаждающей пластины, отводящего тепло от чипов; коллектора разветвительных труб, распределяющих охлаждающую жидкость; быстроразъемных фитингов UQD, обеспечивающих надежное уплотнение при подключении и отключении труб; и блока распределения охлаждения CDU, который служит центральным звеном всей системы циркуляции, регулируя расход охлаждающей жидкости и теплообмен.
Текущее состояние спроса и предложения различных компонентов:
Стандартные источники холодных пластин относительно достаточны; однако поставки специализированных микроканальных холодных пластин, предназначенных для мощных микросхем киловаттного уровня, ограничены.
Производственные мощности по выпуску стандартных блоков распределения холода для первичной переработки нефти постепенно увеличиваются, в то время как высоконадежные модели, предназначенные для сверхкрупных интеллектуальных вычислительных кластеров, по-прежнему находятся в дефиците;
Сегмент быстроразъемных соединителей UQD представляет собой область с наибольшим дефицитом предложения; он предъявляет чрезвычайно строгие требования к герметичности, в мире очень мало квалифицированных поставщиков, процент выхода годной продукции отечественного производства недостаточен, и ожидается, что дефицит мощностей будет восполнен в течение следующих 1–2 лет.
Расширительные трубы коллектора и высококачественные клапаны насосов жидкостного охлаждения требуют высокой точности механической обработки; однако эти компоненты поставляются в ограниченных количествах, и сохраняется постоянный дефицит.
Переосмысление ценностного предложения представляет собой еще один значительный сдвиг в индустрии жидкостного охлаждения. Платформа Rubin от NVIDIA расширяет возможности решений жидкостного охлаждения для более широкого спектра компонентов, существенно повышая ценность одностоечных модулей жидкостного охлаждения. Расчеты показывают, что стоимость одностоечного модуля жидкостного охлаждения выросла с приблизительно 41 500 долларов США на платформе GB200 до 55 700 долларов США на платформе Rubin. Примечательно, что удельная цена микроканальных охлаждающих пластин в 3–5 раз выше, чем у традиционных, что превращает их из обычных аппаратных компонентов в одну из самых ценных частей серверных шкафов. Новые области применения, такие как жидкостное охлаждение оптических модулей, также открывают новые возможности для роста по всей цепочке поставок.
В результате изменилась динамика конкуренции в отрасли: если на раннем этапе рынок определялся ценовой конкуренцией, В будущем конкуренция будет сосредоточена на технологической надежности, возможностях крупномасштабного массового производства, долгосрочной сертификации заказчиков и возможностях глобальной доставки.
03. Внутренняя цепочка поставок Китая ускоряет свой прорыв, чему способствуют три основных преимущества, однако ее недостатки остаются столь же очевидными.
Полная система жидкостного охлаждения состоит из первичной и вторичной частей; вторичная часть, расположенная вблизи серверов, составляет 70–75% от общей стоимости системы, характеризуется более высокими технологическими барьерами и представляет собой основное поле битвы за замещение отечественных компонентов; блок распределения охлаждения (CDU), охлаждающая пластина и быстроразъемные соединители UQD являются ключевыми компонентами для достижения прорыва в этой области.
Отечественные производители уже добились поэтапных прорывов на различных этапах цепочки поставок:
На рынке быстроразъемных соединений компания Liminda – дочернее предприятие Lingyi Intelligent Manufacturing – начала массовые поставки разъемов для жидкостного охлаждения ведущим мировым клиентам в сфере вычислительной техники; продукция UQD компании Yonggui Electric прошла тестирование у заказчиков и перешла в фазу мелкосерийных поставок; компания Chuanhuan Technology обеспечила себе присутствие в цепочках поставок крупных производителей конечных устройств, включая Inspur, ByteDance и Alibaba.
На уровне системной интеграции компания Invic разработала комплексное решение для жидкостного охлаждения, охватывающее охлаждающие пластины, соединения, блоки распределения питания и охлаждающую жидкость; многие основные компоненты были проверены компанией Intel.
В секторе насосов для жидкостного охлаждения мощные насосы для жидкостного охлаждения компании Feilong Co., Ltd. постепенно переходят в фазу серийного производства и поставок;
Что касается оборудования для создания холода, выручка компании Binglun Environment от продаж чиллеров продолжала быстро расти;
Оборудование для производственных процессов, включая сварочные аппараты для панелей с жидкостным охлаждением и автоматизированные производственные линии компании Haimuxing, поставляется небольшими партиями ведущим предприятиям в сфере облачных вычислений.
Индустрия охлаждающих жидкостей переживает редкий период благоприятных возможностей. Недавний уход глобального гиганта 3M из бизнеса по производству фторированных жидкостей привел к потере 70% мирового предложения высококачественных фторированных жидкостей; в ответ на это отечественные компании, такие как Juhua Co., Ltd. и Xinzhoubang, ускоряют свою экспансию в смежные сегменты продукции. Однако разработка химических проектов предполагает длительные циклы строительства, и для полного ввода производственных мощностей обычно требуется 2–3 года.
Наиболее существенным недостатком в китайской внутренней цепочке поставок в настоящее время является производство микроканальных холодных пластин (MLCP). Для изготовления этих пластин требуются процессы литографии, травления и вакуумной диффузионной сварки полупроводникового класса — области, где традиционные методы обработки металла уже достигли своих пределов. В настоящее время сертифицированными поставщиками NVIDIA являются преимущественно тайваньские компании; однако такие отечественные фирмы, как Lens Technology и AVIC Optoelectronics, все еще находятся на этапе предоставления образцов и тестирования. Их показатели выхода годной продукции в массовом производстве и риски утечек все еще требуют дальнейшей проверки; следовательно, разрыв в производственных процессах и барьеры для сертификации заказчиков вряд ли будут преодолены в краткосрочной перспективе.
Однако, китайская внутренняя промышленная цепочка обладает тремя отличительными преимуществами: Во-первых, разветвленная экосистема химической промышленности Китая делает его одним из немногих регионов в мире, способных быстро наращивать производственные мощности по выпуску высококачественных фторированных жидкостей; во-вторых, значительные мощности в области высокоточной обработки, такие как обработка на станках с ЧПУ и вакуумная пайка, позволяют ему принимать заказы со всего мира; в-третьих, обширный централизованный рынок закупок для отечественных центров интеллектуальных вычислений позволяет производителям использовать этот местный рынок для проверки продукции и наращивания объемов производства перед расширением своей деятельности за рубежом.
Стоит отметить, что процесс сертификации аппаратной продукции занимает много времени: для насосов жидкостного охлаждения весь путь — от исследований и разработок и изготовления образцов до завершения всех испытаний на надежность и получения сертификата заказчика — обычно занимает 1–2 года. Устранение дефицита производственных мощностей для быстроразъемных фитингов также займет 1–2 года. В то время как наращивание производственных мощностей по выпуску фторированных хладагентов потребует 2–3 года. Замещение отечественных компонентов — это не мгновенное достижение, а скорее долгосрочный, постепенный процесс проникновения на рынок.
04. Соревнования по системам охлаждения вычислительной техники только что начались!
Большие языковые модели для искусственного интеллекта постоянно развиваются, и тенденция к увеличению вычислительной мощности не прекратится; жидкостное охлаждение, как основополагающий компонент вычислительной инфраструктуры, в настоящее время обладает значительным долгосрочным потенциалом роста.
В настоящее время отрасль находится на критическом этапе, характеризующемся резким ростом спроса и реструктуризацией цепочек поставок. Хотя мощности по окончательной сборке быстро расширяются, в сегментах, расположенных выше по цепочке поставок, сохраняются узкие места, связанные с поставками, включая прецизионные компоненты, высококачественные материалы и специализированные холоднокатаные стальные листы. Международные гиганты доминируют на рынке товаров премиум-класса, в то время как отечественные производители одновременно получают заказы, преодолевают технические трудности и проходят длительные процессы сертификации у заказчиков.
В ближайшие годы основное внимание в секторе жидкостного охлаждения будет уделяться не только темпам роста рынка, но и тому, смогут ли отечественные производители преодолеть критические технические препятствия — такие как UQD-разъемы, микроканальные охлаждающие пластины и фторированные охлаждающие жидкости — и добиться полного контроля над производством как отдельных компонентов, так и целых систем жидкостного охлаждения. За этой конкуренцией за вычислительную мощность скрывается решающая битва в области управления тепловыми процессами, которая заслуживает постоянного внимания.
IPv6 network supported.