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【山證通信&電子】高速銅纜行業深度報告:GB200引爆高速銅互聯,探尋AI時代短距高密通信「最優解」

2024-08-06 09:00

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1、GB200創新使用銅纜線背板引關注,銅互聯在AI Scaleup場景成為通信方式性價比最優解。英偉達在2024 GTC大會上發佈GB200超級芯片並推出基於GB200的NVL72機櫃,高速銅纜互聯主要應用場景正是B200芯片與NVLink Switch的互聯。NVL72主要通過GPU背板連接器到線背板再到交換芯片的跳線完成互聯,而NVL36*2由於要實現兩臺NVL36的互聯,將需要額外的162根1.6T ACC電纜互聯。除英偉達外,特斯拉dojo、谷歌TPU均使用了定製銅纜或DAC&AEC作為短距互聯方案。在AI Scaleup互聯域,銅纜是機櫃內、機櫃間短距互聯的性價比最佳方案。

2、我們預計2025年由GB200帶來的高速銅纜新增市場近60億美元,高速銅纜使用場景不斷延伸。英偉達在GTC2024上介紹,NVL72使用銅纜互聯較光模塊節省了6倍成本。NVL72需要5184根高速差分對銅纜,該銅纜需要從compute tray的背板連接到Switch tray的背板,再從Switch tray的背板連接到NVLINK Switch芯片,我們測算NVL72機櫃的高速銅纜價值量合計11.7萬美金,而NVL36價值量合計10.4萬美金,根據Trendforce,2025年GB200機櫃出貨有望達到6萬台,則2025年GB200機櫃銅纜新增市場達到約64億美元。

3、高速銅互聯組件競爭格局集中,上游線材和連接器具有壁壘。GB200以組件形式銷售背板線模組、近芯片跳線以及外部IO線,高速線材和連接器作為重要原材料可能選擇外採或代工方式。在GB200機櫃里,背板線模組cartridge、NVSwitch OverPass&Densilink、PCIE、ACC分別對應的是高速銅纜背板互聯、芯片飛線、服務器內部線、外部IO線場景。高速銅纜線材需要材料處理、絕緣、編織、組件組裝等工序,其製造具有設備和工藝壁壘。高速連接器技術、專利壁壘高,在25Gbps以上高速連接器領域,具有安費諾一家獨大、泰科、莫仕兩強相隨局面。由於高速銅互連組件話語權主要集中在連接器領域,連接器相對壟斷的競爭格局基本順延到組件市場。

4、聚焦英偉達上游配套,關注國產算力方案。由於與英偉達的聯合研發以及對核心專利的掌握,GB200高速銅連接價值量前期或主要集中於以安費諾為代表的國際連接器巨頭廠商。國內對於224G高速銅線、IO CAGE等高速產品配套需求將增加,對於中低端產品線產能原因外包需求也將外溢。另外,高速銅連接市場有望從英偉達引領擴散到海外UALINK和國產算力配套,銅連接有望「復刻」光模塊行情,實現2025年需求爆發式增長。

建議關注:擁有高速銅連接全套解決方案的立訊精密、高速線材領軍者沃爾核材、專注同軸電纜產品的神宇股份、聚焦服務器內部線的新亞電子、通訊汽車雙輪驅動的鼎通科技、國內數據通信組件和佈線領先企業兆龍互連、高速背板連接器國產替代先鋒華豐科技、數據中心高速組件快速成長的金信諾等。

風險提示:對於高速銅纜價值量預期過於樂觀風險,GB200機櫃量產進度延后導致相關公司訂單落地和業績釋放不及預期,相關公司設備或良率瓶頸導致產能釋放不及預期風險,原材料成本上漲、良率低導致毛利率不及預期風險,競爭格局惡化風險,技術路線不確定風險。

【GB200帶動高速銅連接爆發,AI Scaleup高速銅纜性價比最優】

GB200創新使用銅纜線背板互聯引關注,高速銅互聯在AI櫃內場景已具有成熟經驗

英偉達GB200 NVL72通過NVLINK5將72個B200組成一個「超級GPU」。英偉達在2024GTC大會上發佈GB200超級芯片以及NVL72機櫃,通過高速銅纜互聯形如一顆超級GPU。具體來看,每個NVL72機櫃由18個compute tray和9個NVLINK Switch tray組成,每個compute tray包括2顆GB200超級芯片,每顆GB200超級芯片由2顆B200 GPU和一顆Grace CPU通過NVLINK C2C(單向450GB/s)連接而成。而每台NVLINK Switch則由兩顆NVLink Switch4芯片組成,交換帶寬為28.8Tb/s*2。每顆B200芯片通過NVLink5共900GB/s單向帶寬(共36*224G SERDES)分別連接到18顆NVLink Switch4,而高速銅纜互聯主要應用的場景正是B200芯片與NVLink Switch的互聯。此外,每顆B200均配置了CX7或CX8網卡,通過400Gb或800Gb IB網絡scaleout互聯,對應每台compute tray 2個OSFP 800G或1.6T端口。

圖1:GB200 NVL72系統架構

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

NVL72的高速銅連接架構設計。NVL72使用一層NVSwitch交換架構連接了72顆B200,這主要通過背板連接器到線背板再到交換芯片的跳線完成。根據Semianalysis的分析,每個Blackwell GPU都連接到一個安費諾Paladin HD 224G連接器,每個連接器有72個差分對(對應每顆B200 900GB/s*8*2的NVLINK收發帶寬),連接到背板Paladin連接器后接下來使用了SkewClear EXD Gen2電纜背板連接到Switch tray的Paladin HD背板連接器(每個連接器有144個差分對),再通過OverPass跳線電纜連接到NVSwitch芯片。

圖2:GB200 NVL72 NVLINK互聯網絡架構

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

圖3:NVL72 overpass和背板連接示意圖

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

因此實際上GB200 NVL72使用了定製的高密度背板連接器和線背板模組來解決72顆B200與18顆NVLink Switch的機櫃內互聯,而爲了解決Switch tray上PCB密集高頻信號的串擾問題,還使用了OverPass近芯片跳線連接到背板。

圖4:NVL72機櫃背部使用了密集的線背板互聯

資料來源:servethehome,山西證券研究所 資料來源:servethehome,山西證券研究所

圖5:NVL72 NVSwitch Tray使用了OverPass跳線(圖中藍色線)

資料來源:servethehome,山西證券研究所 資料來源:servethehome,山西證券研究所

NVL36*2的高速銅連接架構設計。英偉達對於NVL36*2的定位是滿足某些機櫃功率、風冷散熱有限制條件的客户需求,NVL36機櫃的最大區別一是同樣配置了9個Switch tray(18顆NVLink Switch4芯片),相當於交換容量翻倍,二是是使用了可擴展的NVLINK Switch tray,兩臺NVL36機櫃之間通過短距ACC銅纜互聯。對於線背板和交換芯片跳線,NVL36採用了與NVL72相同的設計,相應的由於GPU數量減半,線背板和OverPass使用的電纜數量也近乎減半。但由於要實現兩臺NVL36的互聯,每套NVL36*2系統將需要額外的162根1.6T ACC電纜互聯,而爲了將NVLINK Switch一半的帶寬連接到前面板,英偉達還使用了安費諾的Densilink跳線產品,因此NVL36*2整體上跳線的用量是較NVL72基本相當的。

圖6:GB200 NVL36互聯網絡架構

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

圖7:兩個NVL36機櫃通過櫃外線ACC連接

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

除英偉達外,高速銅互聯在AI短距離場景已有成熟經驗,dojo/谷歌等均使用定製銅纜或DAC&AEC作為短距互聯方案。以谷歌為例,其TPUv4服務器設計TPU和CPU板卡是分開的,使用PCIE外部線進行連接而在TPU互聯域,谷歌使用的是3D torus網絡架構,每顆TPUv4具有6*50GB/s ICI帶寬,其中2條ICI鏈路在tray內通過PCB互聯,3條鏈路使用400G DAC銅纜在機櫃內與其他TPU tray互聯,剩余1條鏈路通過400G FR4光模塊連接OCS光交換機。特斯拉自研芯片dojo機櫃的設計則更加獨樹一幟,其基本芯片單元為D1芯片,25個D1芯片組成一個Training Tile,12個Training Tile組成一個服務器機櫃,算力達109PFlops。為實現Training Tile之間的高速互聯,特斯拉定製了通信協議,每片Tile的每一邊通過10個900GB/s定製連接器和線纜組件實現9TB/s的超大帶寬。

圖8:谷歌在TPUv4機櫃中使用銅纜進行ICI機櫃內互聯(圖中紅色部分)

資料來源:《A Machine Learning Supercomputer with an Optically Reconfigurable Interconnect and Embeddings Support》,山西證券研究所

圖9:Dojo training tile之間通信採用定製連接器和組件實現每邊9TB/s的高速率

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

銅纜是AI高速高密度場景下當前通信性價比最優解

聚焦銅互聯:銅互聯主要應用於芯片間互聯及櫃內互聯等等短距離場景,傳輸距離通常在10米及以下。銅互連指的是主要使用銅作為材料的電信號通信方式(因其導電導熱性能好,可塑性強),因此其涵義其實包括了芯片內互聯走線(在芯片製造時實現)、芯片間(chiplet)走線(通常在基板上完成)、模組間走線(在PCB上完成)、PCB板間通信(一般通過背板、連接器或銅纜完成)以及機框之間通信(一般通過銅纜或光模塊)。

圖10:銅互聯應用場景示意圖

資料來源:OIF,山西證券研究所 資料來源:OIF,山西證券研究所

圖11:銅連接不同場景的典型距離

資料來源:OIF,山西證券研究所 資料來源:OIF,山西證券研究所

在224Gbps速率下, cable(銅纜)是SERDES LR(米級)最建議的電信號通信方式。隨傳輸速率增加,傳統PCB信號衰減程度快速提升,採用增加層數和更換新型材料則會使成本明顯提升,因此cable傳輸代替PCB成為有效解決方案。如圖13所示,橫軸代表信號頻率,縱軸代表信號強度(dB負值越大衰減越嚴重),PCB信號(紅色、粉色、黃色)的下降斜率較cable(綠色、藍色)陡峭的多。根據OIF對SERDES LR的測試數據,在224G速率下,cable可傳輸1米,是建議的通信手段。

圖12:不同速率的SERDES-LR在cable的傳輸距離

資料來源:OIF,山西證券研究所 資料來源:OIF,山西證券研究所

圖13:PCB的高頻衰減曲線較cable陡峭許多

資料來源:connectorsupplier,山西證券研究所 資料來源:connectorsupplier,山西證券研究所

AI Scaleup需要怎樣的通信技術?綜合考慮距離、功耗、密度、串擾、成本。Scaleup指的是使用統一物理地址空間將多GPU組成一個「超級GPU」節點,隨着大模型參數的快速提升,擴大Scaleup域有助於張量並行效率更高,並且簡化了AI算法編程。NVLINK是英偉達GPU實現Scaleup的主要通信方式,其通過NVLINK Switch實現節點內高速交換。NVLINK Switch 3最高連接8枚GPU,而NVLINK Switch 4最多可擴展576個,GB200 NVL72、NVL36*2的Scaleup域為72個GPU。在8顆GPU互聯時,NVLINK主要通過PCB進行intra-board通信,距離通常在1米內;而72顆GPU互聯達到了intra-rack、相鄰rack通信,距離通常在1米至5米,因此距離成為GB200選擇銅纜互聯的最主要因素。除此之外,與光通信(AOC、CPO)對比,根據TheNextPlatform報告,銅纜的cost成本僅為AOC的十分之一,雖然CPO在功耗、密度、距離都更有潛在優勢,但當前產業鏈還不成熟,其對客户機房改造、服務器設計等「潛在成本」是要高出不少的。

圖14:不同通信手段功耗、成本、密度、距離對比

資料來源:TheNextPlatform,山西證券研究所 資料來源:TheNextPlatform,山西證券研究所

圖15:不同距離的通信場景適用的通信手段

資料來源:Cadence,山西證券研究所 資料來源:Cadence,山西證券研究所

銅纜互聯是NVL72&36機櫃內、機櫃間短距互聯的性價比最佳方案。GB200機櫃compute tray與Switch tray之間的傳輸距離約為0.5-1米,英偉達使用了定製化的線背板模組cartridge結合高密度背板連接器來實現背板的互聯,較PCB可行度更高、較光模塊成本更低。而在Switch tray交換芯片到背板、前面板英偉達則使用了安費諾的OverPass、Densilink近芯片跳線方案,以避免PCB可能出現的高頻信號串擾、信號衰減過快問題。在NVL36相鄰機櫃間,英偉達或選擇有源銅纜ACC方案,較光模塊成本更低、功耗更低。

GB200高速銅纜市場分析:預計2025年高速銅纜新增市場近60億美元

我們看到目前市場主要使用兩種方式測算NVL72內部線單機櫃價值量,且可以相互驗證。

一是根據英偉達在GTC2024上的介紹,NVL72使用銅纜互聯較光模塊節省了6倍的成本。我們首先計算採用光模塊需要的採購成本:

B200單GPU NVLINK IO帶寬為1800GB/s雙向,即900GB/s(相當於7200Gb/s)單向,如果採用800Gb/s多模光模塊需要9*2=18只(收發各一個連接compute tray和Switch tray),NVL72需要72*18=1296只光模塊。根據帕米爾研究的報告,800G多模當前的市場ASP在430美金左右,故NVL72需要的800G光模塊成本為55.7萬美元。與此對比,銅纜互聯的成本預計在六分之一的9.3萬美元左右。

二是根據高速銅纜的量價關係測算。

1)單顆B200芯片的單向IO帶寬為7200Gb/s,如果採用200Gb/s的高速差分銅線收發共需要72根,故NVL72需要5184根高速差分銅線。

2)該高速銅線需要從compute tray的背板連接到Switch tray的背板(平均距離0.5-1.5米),再從Switch tray背板連接到NVLINK Switch芯片(平均距離0.5米),因此若計算端到端單根銅線的平均長度在1.5米左右。NVL72需要約7800米的銅線。

3)價格方面,Lightcounting在《High speed cables,linear drive and co-packaged optics》報告中給出的1.6T DAC和AEC 2025年的ASP分別為259美金和405美金,我們假設1.6T ACC 的ASP折中為330美金。假設1.6T ACC平均長度1.5米,由於單根ACC包括了16根200Gb/s單通道裸線,單根200Gb/s銅線每米的價格約為13.8美金。

4)以上銅線價格為組件層面,包括了連接器、結構件以及毛利潤,我們假設內部線成本結構與之類似,可得到NVL72機櫃內部線組件的價值約10.7萬美金。且若根據距離來判斷,其中背板和跳線的銅線價值量約2:1關係。

對於NVL36機櫃,其包括了內部線和相鄰機櫃連接的1.6T ACC。主要變化為compute tray數量減半,但Switch tray數量相等。按照以上量價測算法,得到NVL36內部線銅纜長度為5184米左右,價值量約7.2萬美金。

外部線ACC部分。NLV36 Switch tray包括兩顆28.8Tb/s交換容量的芯片,一半帶寬用於相鄰機櫃連接,故Switch tray前面板的IO帶寬為28.8Tb/s,如果採用1.6T端口,需要18個,即2*NVL36系統需要162條1.6T ACC銅纜,其價值量約為5.3萬美金。

此外,仍有短距scaleout網絡使用到DAC&ACC。根據Semianalysis的測算,ACC、DAC還會用於InfiniBand網絡compute tray與櫃頂交換機的互聯以及帶外管理網絡compute tray與管理交換機的互聯,在NVL36*2 CX-8配置下,這些價值量合計1.02萬美元。

總結:根據以上測算,NVL72機櫃的高速銅纜合計11.7萬美金,而NVL36機櫃的價值合計10.4萬美金。根據Trendforce,2025年GB200機櫃合併出貨有望達到6萬台,其中NVL36可能達到5萬台。以此為核心假設根據以上價值量測算,我們得到2025年GB200機櫃的銅纜市場將達到約64億美元。

【高速銅纜市場:使用場景不斷延伸,產業鏈上下游涉及多環節】

高速銅纜使用場景豐富,市場空間廣闊

高速銅纜組件由線材和連接器組成。安費諾以組件形式銷售背板線模組、近芯片跳線以及外部IO DAC&ACC,高速線材和連接器作為重要原材料可能選擇外採或代工方式。根據華豐科技招股書,高速線纜組件產品工序包括外購線材、智能裁切、電子佈線、導線端頭處理、與自制的連接器端接、灌封、包裝處理。高速線模組作為新興的高速銅連接產品,工藝壁壘較高,以華豐科技的產品為例,工序合計達到1000道以上,焊點平均6000個以上,每個焊點均需可靠性測試,且位置精度控制在±0.005mm,每個工序良率在99%以上。

圖16:高速線纜組件產品製造流程

資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所 資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所

圖17:金屬材料、線材是華豐科技2022年原材料BOM採購的重要組成部分

資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所 資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所

分應用場景來看,銅互聯應用場景主要有芯片直出跳線overpass、服務器內部線、背板互聯線和機櫃外部線。具體來看,高速跳線overpass可解決數據量激增及帶寬更高時面臨的傳輸問題,可實現AISC與背板、ASIC與IO接口及芯片之間的互連,芯片跳線主要包括C2B(芯片對背板)線、C2C(芯片對芯片)線、C2F(芯片對前面板)線;服務器內部線主要包括MCIO線、PCIE線及SAS線等等;機櫃內高速背板互連指背板和單板之間通過裸線進行互連,機櫃外部通過高速銅纜ACC連接到服務器SFP/QSFP等IO端口,再通過服務器內部跳線進行數據傳輸,或實現機櫃與機櫃之間的互聯。

在GB200機櫃里,背板線模組cartridge、NVSwitch overpass&densilink、PCIE、ACC即分別對應的是高速銅纜背板互聯、芯片飛線、服務器內部線、外部IO線場景。英偉達GB200系列成為高速銅互連最經典最系統的使用場景,也成為最大的增量市場。我們嘗試分別計算高速銅互聯四種場景的市場空間(組件層面):

1)高速線背板:根據Business Research報告,全球背板連接器市場2021年市場規模為19.4億美元,但主要為板間高密度連接器互連方式,線背板模組將主要用於AI服務器機櫃、高速框式交換機、路由器等。若按照2025年5萬台NVL36+1萬台NVL72機櫃,參照我們上文單機櫃線背板價值量測算,將新增25億美元市場。

2)近芯片跳線:其使用有兩種場景,一是在服務器、網絡設備SERDES速率達到112G以上時PCB傳輸距離和性能不滿足要求;二是某些結構緊湊的服務器、網絡設備設計時用於節省PCB面積,充分利用空間。目前市場缺乏相關統計數據,參考我們上文的價值量測算,按照2025年5萬台NVL36+1萬台NVL72機櫃,將新增21.6億美元市場。

3)服務器內部線:廣泛應用於通用服務器、AI服務器中存儲、網卡、GPU卡與PCIE總線的互聯。根據trendforce,2023年全球服務器出貨量1443萬台,按照平均每台服務器2路CPU,每路CPU使用一條PCIE4.0*16連接線,單跟價格200元(參考技嘉PCIE4.0*16顯卡延長線)計算,2023年全球服務器內部線市場規模在8億美元左右。

4)外部IO線:根據LightCounting,2023年全球DAC&ACC市場規模為4.4億美元,按照上文2*NVL36需要DAC&ACC 5.3萬美金,2025年5萬台NVL36計算,將新增13.4億美元市場。

圖18:銅互聯高速通信線類型

資料來源:安費諾,TE,samtec,山西證券研究所 資料來源:安費諾,TE,samtec,山西證券研究所

外部線可進一步分類為無源DAC、有源 ACC(Active Copper Cable)和 AEC(Active Electrical Cable),功耗均低於AOC。以400G為例,無源DAC使用導電銅線在兩端之間直接連接,不包括有源元件,因此成本最低,傳輸距離不超過3米,主要用於系統內機架連接,功耗也最低;有源銅纜(ACC)在電纜內部添加了有源信號驅動器或均衡器芯片,可以補償銅傳輸造成的部分損耗,因此傳輸距離可達DAC的2到3倍,功耗也隨之增加;有源電纜 (AEC)在電纜內部包含retimer,可以在傳輸開始和結束時清理、去除噪聲並放大信號,因此傳輸距離可達近10米,功耗也高於ACC,但仍低於有源光纜AOC。根據LightCounting的預測,2024年后全球DAC和AEC的市場增速遠高於AOC,2028年AOC+DAC+AEC市場將超過25億美元。其中由於AI集羣建設對800G、1.6T有源銅纜的需求激增,2025年后800G AEC需求快速增長,2026年后1.6T AEC需求快速增長。

表1:AOC、DAC與AEC比較

資料來源:九州互聯科技,山西證券研究所 資料來源:九州互聯科技,山西證券研究所

圖19:LightCounting預測DAC和AEC市場將穩步增長 

資料來源:LightCounting,山西證券研究所 資料來源:LightCounting,山西證券研究所

圖20:LightCounting預測AI將給800G、1.6T AEC帶來爆發式增長

資料來源:LightCounting,山西證券研究所 資料來源:LightCounting,山西證券研究所

高速銅纜線材:高速線材具有設備和工藝壁壘

從高速通信線製造環節拆分來看,1)材料處理:合金銅線經過拉絲工藝變成細銅線,其中核心原材料是高純度銅材(主要供應商有博威合金、威蘭德等),決定了電纜的導電性能,再通過電鍍/化學鍍銀等方式形成鍍銀線(主要供應商有恆豐特導等);2)絕緣:鍍銀銅線經過擠塑絕緣、編織、擠塑護套、成圈包裝等流程形成芯線(多數為線材廠商內部完成),其中護套材料根據民品/軍品要求不同使用材料不同。一般來説單根芯線可由數根至十根以上不等數量的鍍銀銅線絞合而成,而對於高速數據通信芯線而言,通常由一對差分線組成;3)編織:芯線經由絕緣押出、平行對繞包、編織、擠塑護套等環節形成成品線材(主要供應商有安費諾、樂庭智聯、安瀾萬錦、神宇股份、景弘盛、藍原科技等),至此完成線材製作;4)組件組裝:成品線材加上連接器可成為完整線束產品,即我們提到的高速銅互聯組件,用於不同互聯方案,主要供應商有安費諾、泰科、莫仕、立訊、兆龍、金信諾、華豐等廠商。

圖21:同軸電纜製作過程

資料來源:神宇股份招股書,山西證券研究所 資料來源:神宇股份招股書,山西證券研究所

不同環節設備和材料對芯線到線材製作有重要影響,具體來看:

1)絕緣芯線壓出:絕緣材料對成品性能有非常大的影響,目前主要有PP、FEP、鐵氟龍、FEP發泡、鐵氟龍發泡材料等,對於PCIE6.0以上高速傳輸材料絕緣材料普遍使用發泡材料。對於絕緣工序來講,需要嚴格控制的是絕緣外徑、同心度、橢圓度以及電容等指標。2)平行對繞包:即將2根絕緣芯線及地線集合在一起,同時在外面包上一層鋁箔或銅箔麥拉和一層自粘聚酯帶,過程將影響線材的阻抗、延時差、衰減等;繞包工序中鋁箔&銅箔的厚度和重疊率要嚴格控制,同時聚酯帶繞包的方向應於鋁箔&銅箔相反,同時對自粘聚酯帶的加熱温度也要精準控制。此外,平行繞包線彎曲性能差,還應儘量避免彎折,儘量做到伏貼和保護芯線。;3)線材編織:通過編織機在成纜芯線外面編上一層金屬屏蔽網,以增強線材的屏蔽效果,過程中需對線材的收放線張力及排線等進行控制;4)線材外被壓出:通過壓出機在編織或成纜線材外面押上一層聚烯烴材料被覆 ,對線材加以保護,過程中需對張力及排線、押出方式等進行控制。

圖22:羅森泰的高性能擠出機系列

資料來源:羅森泰官網,山西證券研究所 資料來源:羅森泰官網,山西證券研究所

圖23:東莞冠博機電生產的極細電線編織機

資料來源:冠博機電官網,山西證券研究所 資料來源:冠博機電官網,山西證券研究所

銅互連高速連接器:技術和專利壁壘高,市場份額集中在歐美巨頭

數據中心連接器為通信連接器市場里高速成長的分支。根據bishop&associates,2022年全球連接器市場規模為841億美元,其中通信為佔比最大的細分市場。通信連接器包括無線射頻連接器、微波連接器、背板連接器、板對板連接器、線對板連接器等,主要應用在電信和數據中心兩大市場。由於發達國家5G建設的階段性放緩、傳輸網建設的周期性等因素,通信市場表現平緩,而以大模型為代表的AI算力建設2024年后驅動科技企業數據中心資本開支大幅提升,且主要用於AI服務器採購,數據中心成為通信連接器市場增速最快的賽道。

圖24:全球連接器市場規模

資料來源:方向電子招股書援引bishop&associates,山西證券研究所 資料來源:方向電子招股書援引bishop&associates,山西證券研究所

圖25:2022年全球連接器應用領域分佈

資料來源:方向電子招股書援引bishop&associates,山西證券研究所 資料來源:方向電子招股書援引bishop&associates,山西證券研究所

GB200高速銅連接中主要涉及到的是IO CAGE、背板連接器、近芯片連接器等。GB200機櫃對於高速連接器的用量提升非常顯著,其中800G、1.6T IO CAGE用於和光模塊&ACC對插的端口,尤其是1.6T IO CAGE單通道速率提升至224Gbps,對於高頻高速防串擾設計成為難點。而背板連接器、近芯片連接器目前代表性的是安費諾的Paladin、OverPass系列,此類連接器的特點是超高速信號以及大電流密集傳輸,pin腳密集,對於連接器製造的精度、一致性、電鍍處理難度極大。

圖26:NVL72 NVLINK高速銅互聯使用的連接器種類和數量

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

圖27:NVL36*2 NVLINK高速銅互聯使用的連接器種類和數量

資料來源:Semianalysis,山西證券研究所 資料來源:Semianalysis,山西證券研究所

高速高密度連接器技術、專利壁壘高,市場份額高度集中。根據華豐科技《IPO首輪問詢回覆意見》,通訊高速連接器的關鍵工序和核心環節包括磨具設計與製造、塑壓成型、衝壓成型、玻璃密封連接器燒結、殼體類零件機加工、接觸件零件機加工、表面處理、接觸件製造、零件熱處理、接觸簧片的自動連續塑封、自動裝配和檢測、模塊化&無纜化產品裝聯等細節,核心指標包括成型精度、精度一致性、表面鍍膜一致性、接觸件使用壽命、接觸件應力、熱性能等等。根據中國國際工程諮詢有限公司的《重點電子元器件研究報告(縮寫版)》,在25Gbps及以上高速連接器領域,泰科、安費諾、莫仕三大美國巨頭通過收購、相互授權專利長期處於壟斷地位,形成「一家獨大兩強相隨」局面。其中25Gbps連接器市場安費諾、莫仕、申泰、泰科分別佔比72%、20%、3%、5%;56Gbps連接器市場安費諾、莫仕、申泰、泰科分別佔比60%、28%、10%、2%。

高速銅互聯組件:競爭格局相對集中,國產替代具有空間

由於高速銅互聯組件廠商的話語權主要集中在連接器領域,因此連接器的競爭格局基本順延到組件市場,國內廠商仍有替代空間。根據QYReasearch《高速直連銅(DAC)電纜全球市場研究報告2023-2029》,外部IO組件DAC,目前全球主要供應商包括安費諾、molex、泰科、Juniper、Volex、英偉達、泛達、博邁立鋮、佳必琪、立訊等。2022 年全球前十強廠商佔有大約 69.0%的市場份額,其中安費諾為最主要供應商,份額領先;國內廠商主要包括立訊精密、兆龍互聯、金信諾等。而對於高速背板領域,根據華豐科技招股書,安費諾、泰科、莫仕佔據較大市場份額,國內逐漸形成了以華豐、慶虹、中航光電為主的格局。對於近芯片跳線領域,我們認為安費諾在全球處於絕對領先地位,海外samtec、泰科,國內立訊精密、華豐科技等處於挑戰者地位。最后,服務器內部線領域,競爭格局相對分散,海外玩家主要是安費諾、泰科、molex、Volex、samtec,國內玩家包括立訊精密、鴻騰精密、兆龍互連、金信諾等。

高速銅連接市場有望從英偉達引領擴散到海外 UALINK 和國產配套,銅連接作為Blackwell 最顯著的增量產品有望「復刻」光模塊行情,2025 年市場需求或爆發增長。NVL72的意義在於引領scaleup通信技術發展,海外 UALINK 以及國內智算集羣均有望跟進。今年5月底,英特爾、AMD、博通、思科、谷歌、HPE、Meta 和微軟宣佈建立 UALink 推廣工作組,以指導數據中心AI 加速器芯片之間連接組件的發展,希望未來可以取代 NVLink 接口。UALink 1.0 規範將支持多達1024個加速器內存統一互聯,雖具體實現方式仍未知,我們認為高速銅纜架構不失為成熟的解決方案。國內方面,中國移動編制的《面向超萬卡集羣的新型智算技術白皮書》倡議加速推進超越 8 卡的超節點形態服務器,優化 GPU 卡間互聯協議實現通信效率躍升,可以期待國內AI大芯片在 scaleup 互聯技術也在醖釀更大的動作。以華為為例,其2022 年底推出的「天成」多樣算力平臺旨在設計更高的算力密度,超節點形態服務器設計將是下一步工作重點。

圖28:UALINK 拓展通用 scaleup 協議

資料來源:雲頭條,山西證券研究所 資料來源:雲頭條,山西證券研究所

圖29:華為「天成」機櫃級算力平臺產品

資料來源:華為,山西證券研究所 資料來源:華為,山西證券研究所

【投資邏輯與建議關注】

聚焦英偉達上游配套,關注國產方案

投資角度來看,國內公司主要聚焦於英偉達上游配件供應,海外連接器巨頭配套:高速裸線、CAGE代工將受益於產能擴張和價值量提升。由於與英偉達的聯合研發以及對於核心專利的掌握,GB200高速銅連接前期價值量或將主要集中於以安費諾為代表的國際連接器巨頭廠商。安費諾成立於1932年,是全球最大連接器和線纜組件製造商之一,公司總部位於美國康涅狄格州,並在全球多地設有超過100家子公司及辦事處,產品涵蓋線纜及連接器等全面組件,下游應用到工業、消費電子、通信等多領域。根據2023年年報,公司用於數據中心佔比約為19%,出貨地區主要為北美地區。

圖30:安費諾2023年收入下游主要領域

資料來源:安費諾2023年年報,山西證券研究所 資料來源:安費諾2023年年報,山西證券研究所

圖31:安費諾2023年收入出貨地區

資料來源:安費諾2023年年報,山西證券研究所 資料來源:安費諾2023年年報,山西證券研究所

針對GB200集羣,國內集中了安費諾最大的信息通信產品線配套產能,其對於224G高速線、cage結構件等高速產品配套需求或增加,同時對於中低端產品線的產能外包需求也將外溢。安費諾國內合作伙伴包括樂庭智聯(沃爾核材)、神宇股份、鼎通科技、奕東科技等,以沃爾核材為例,根據2024年7月24日投資者關係活動記錄表披露,高速通信線訂單需求在不斷增長,已下單採購幾十台繞包機和多臺芯線機以進一步滿足產能需求,可預見未來由產能提升和產品價值量提升帶來的收入增長。

圖32:安費諾Spectra-Strip 224G高速線與各種高密度連接器組成了面向數據中心的銅連接解決方案

資料來源:《Amphenol OverPass》,山西證券研究所 資料來源:《Amphenol OverPass》,山西證券研究所

產業鏈公司簡介

從產品應用領域及與下游客户合作來看,產業鏈相關推薦公司主要包括線材及連接器相關廠商,包括立訊精密,神宇股份,沃爾核材,新亞電子,鼎通股份、兆龍互聯、華豐科技等。

立訊精密:擁有高速銅連接全套解決方案。公司在數據中心通信互聯方面產品主要包括電連接(連接器及連接器模組,線纜及線纜模組),光聯接(AOC,光模塊,光跳線等),以及熱管理和電源等。根據公司2024年4月26日投資者關係活動記錄表披露,公司可為英偉達NVL72提供約 209 萬元的解決方案,包含電連接、光連接、電源管理、 散熱等產品,后續有望受益於英偉達高速銅連接組件供應商的拓展以及UALINK成員、國產AI服務器等其他客户的導入。2023年,立訊精密營收2319億元,其中通訊互聯產品及精密組件營收145億元,高速銅連接將成為立訊通信業務有力增長引擎。

圖33:立訊高速銅連接產品

資料來源:立訊精密官網,山西證券研究所 資料來源:立訊精密官網,山西證券研究所

立訊精密的子公司匯聚科技專注銅纜和光纜組件產品並切入服務器代工。立訊精密於2022年上半年完成對匯聚科技的收購,匯聚科技擁有超30年行業經驗,以定製電線互聯方案起家,目前供應各種銅纜和光纜電線組件、數字電線產品及服務器。其服務器業務於2022年以JDM/ODM模式切入,根據品牌客户的需求深度定製,有望充分利用公司在銅纜和光纜組件的設計製造優勢為服務器客户提供差異化解決方案。根據匯聚科技2023年年報,自2023年3月31日至12月31日的會計年度期間收入為48億港幣,電線組件(包括數據中心、電訊、醫療設備、工業設備、汽車)、數字電線(包括網絡電線、特種線)以及服務器業務分別佔比35.8%、18.0%、46.2%。

風險提示:數據通信組件客户開拓不及預期、224G高端組件產品量產進度不及預期、匯率波動風險、客户相對集中風險。

圖34:匯聚科技電信與數據通信連接方案

資料來源:匯聚科技官網,山西證券研究所 資料來源:匯聚科技官網,山西證券研究所

圖35:匯聚科技汽車線束連接方案

資料來源:匯聚科技官網,山西證券研究所 資料來源:匯聚科技官網,山西證券研究所

沃爾核材:子公司樂庭智聯是國內高速線材領軍者。公司主營高分子核輻射改性新材料及系列電子、電力、電線產品,其中電線產品主要由子公司樂庭智聯經營,包括高速通信線、汽車線、工業線及消費電子線等,為直接線材產品。公司與安費諾、莫仕等頭部客户建立了長期穩定合作,多款單通道224G的高速通信線已通過客户測試進入小批量交付階段。在產能方面,樂庭擁有繞包機140多臺,芯線機近20台,仍有幾十台繞包機和多臺芯線機已訂購。外部IO線方面,公司正配合客户進行1.6T高速線產品打樣。我們認為公司在高速通信線領域技術儲備充分、產能領先,有望充分受益於大客户訂單爆發。

風險提示:上游原材料價格上漲公司未做好應對導致毛利率下滑風險,高速通信線產能擴張不及預期導致訂單丟失風險,高速通信線良率爬坡不及預期風險,新能源汽車基礎設施投資不及預期風險。

圖36:樂庭智聯QSFP高速電線系列

資料來源:樂庭電線官網,山西證券研究所 資料來源:樂庭電線官網,山西證券研究所

圖37:沃爾核材電線電纜業務近十年收入毛利率變化

資料來源:wind,山西證券研究所 資料來源:wind,山西證券研究所

神宇股份:專注同軸電纜產品,高速線材異軍突起。公司專業從事高頻射頻同軸電纜產品生產,主要產品為射頻同軸電纜、射頻連接器和組件,包括細微射頻同軸電纜、極細射頻同軸電纜、半柔半剛射頻同軸電纜、穩相微波射頻同軸電纜、軍標系列射頻同軸電纜等多種產品。公司在智能手機、筆記本等消費電子市場已具備較高的市場份額,在高速數據中心領域已形成定製化、特色化產品系列,取得多家國內外重要客户批量供貨。公司擁有定製化擠出機、編織機、橫卷機等充足產能,目前在手訂單良好,2024Q1營收同比增長33.3%,將持續推進新產品研發和量產。

風險提示:客户相對集中風險,銅等原材料價格上漲降低毛利率風險,射頻同軸電纜市場競爭加劇導致收入下滑風險,高速通信線人才流失或短缺的風險。

圖38:神宇股份產品覆蓋通信、消費電子、航空航天、汽車、醫療多領域

資料來源:神宇股份官網,山西證券研究所 資料來源:神宇股份官網,山西證券研究所

新亞電子:主要聚焦服務器內部線,安費諾高頻高速PCIE線材主要供應商。公司是精細電子線材專業廠商,主營線材產品涉及消費電子、工業控制、汽車電子、新能源、通信及數據中心等。在高頻高速數據線材,公司主要產品包括PCIe4.0/5.0/6.0等,主要用於AI人工智能服務器,向美國安費諾(直接客户為廈門安費諾電子裝配有限公司)等客户供貨,終端應用客户包括戴爾、惠普、浪潮、谷歌、亞馬遜、微軟、甲骨文、中科曙光、新華三等知名服務器製造商。2023年公司營收31.9億元,通信線纜及數據材料營收14.7億元,近幾年高頻高速線材的營收平均在7000萬元左右,目前根據客户指引穩步擴產。

風險提示:銅材等原材料價格波動風險,收購整合風險和對於少數股權的經營管理風險,商譽減值風險,消費電子和通信領域線材競爭激烈導致毛利率下滑風險。

圖39:新亞電子下游客户

資料來源:公司招股説明書,山西證券研究所 資料來源:公司招股説明書,山西證券研究所

圖40:新亞電子用於服務器的SATA線產品

資料來源:新亞電子官網,山西證券研究所 資料來源:新亞電子官網,山西證券研究所

鼎通科技:通訊、汽車雙輪驅動,在數據中心領域主要供應高速IO殼體以及背板連接器組件。公司高速通訊連接器及組件主要包括高速背板連接器組件和IO連接器組件,形態為精密結構件和殼體(CAGE)等。在通訊領域,公司與安費諾、莫仕、泰科、中航光電等建立了長期穩固合作關係,其QSFP-DD 112G/OSFP-DD/OSFP系列不斷加大與客户合作。汽車連接器及其組件主要供應控制系統連接器、高壓互鎖連接器、線束連接器、高壓連接器、電控連接器等,不斷加深與比亞迪長安汽車南都電源、蜂巢能源、富奧汽車、羅森博格等客户合作。2023年,公司營收6.1億元,其中通訊連接器、汽車連接器分別實現3.5億元、2.1億元。

風險提示:銅材等原材料成本上漲導致毛利率下行風險,市場開拓不及預期導致新增產能消化不足風險,高速通訊連接器新料號導入節奏不及預期風險,汽車行業增速下滑風險。

圖41:鼎通科技通訊連接器組件

資料來源:鼎通科技招股書,山西證券研究所 資料來源:鼎通科技招股書,山西證券研究所

兆龍互聯:國內數據通信組件和佈線領先企業。公司專業從事數字通信電纜行業,產品包括數據電纜及佈線(覆蓋從5e到8類的數據電纜)、專用電纜(包括高速傳輸電纜、工業數字通信電纜)以及連接產品(包括數據電纜組件、高速電纜組件、工業電纜組件)。在高速通信領域,公司的高速傳輸電纜用於交換機與服務器集羣設備之間、服務器內部的高速平行傳輸對稱電纜,目前已出貨單通道112Gb/s的產品。公司致力於將電纜產品向下遊延伸至組件,其高速電纜組件擁有高速電纜、PCBA、線端連接器整體制造能力,已實現QSFP-DD 800、OSFP 800等高端DAC/ACC外部IO組件的出貨。2023年,公司營收15.6億元,以數據電纜收入為主,營收12.3億元,其次連接產品、專用電纜分別營收1.2億、1.2億元。

風險提示:主要原材料價格波動風險,海外投資風險,人民幣匯率波動風險,高速電纜組件市場拓展不及預期風險。

圖42:兆龍互連高速互連產品

資料來源:兆龍互連2023年年報,山西證券研究所 資料來源:兆龍互連2023年年報,山西證券研究所

華豐科技:高速背板連接器國產替代先鋒,受益於國產算力建設。公司是國有控股的核心骨干高新技術企業,經過改制解決了歷史包袱、實現了市場化的經營管理和員工激勵。公司聚焦在防務類、通訊類、工業類三大連接器領域,2023年營收8.9億元,連接器、系統互連產品、組件分別營收5.1億、2.0億、1.6億元。高速線模組有望成為公司未來幾年重要引擎,作為國產替代主要承研和製造單位,公司解決了模組生產中的高速連接器、微小零件激光焊接、電阻焊接以及焊接可靠性技術難題,目前已投資建設高速線模組6條產線,並於7月開始進行批量生產交付。公司的高速線模組產品包括背板高速線模組、IO高速線模組、板內CTC高速線模組以及板間BTB等主流架構產品,與海外巨頭安費諾等完整對標。目前112G高速背板產品已批量發貨,224G產品已達到樣品試製合格狀態,還實現了服務器液冷cable tray研發以及200針級雙LGA IC Socket國產替代。

風險提示:主要客户相對集中的風險,專利申請無效和侵權糾紛風險,軍工業務受行業波動訂單恢復不及預期風險,高速背板競爭格局惡化風險,主要原材料價格上漲的風險。

圖43:華豐科技通訊連接器產品

資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所 資料來源:華豐科技招股書,山西證券研究所

【風險提示】

1)對於高速銅纜價值量預期過於樂觀風險。英偉達GB200項目是224G高速銅纜產業界投入大批量生產的首款產品,目前產業鏈多處於驗證或小批量出貨階段。高速銅纜的單機櫃價值量、市場空間取決於供應商報價、安費諾毛利率策略、英偉達成本管控等多方面因素,本報告的測算可能過於樂觀。

2)GB200機櫃量產進度延后導致相關公司訂單落地、業績釋放不及預期。GB200產業鏈涉及到高端製程代工、COWOS封裝、HBM3e芯片、光模塊、PCB、高速銅纜等諸多環節。任一環節出現良率、產能爬坡瓶頸均會影響GB200機櫃量產節奏,從而導致銅連接相關公司業績釋放不及預期。

3)相關公司設備或良率瓶頸導致產能釋放不及預期風險。224G高速銅纜生產需要的設備包括擠出機、繞包機及相關測試機臺等,行業短時間內快速爆發可能導致設備交期延長進而導致相關公司產能擴張進度不及預期,從而有訂單丟失或份額不及預期風險。

4)原材料成本上漲、良率低導致毛利率不及預期風險。高速銅纜企業的毛利率取決於訂單價格、上游銅材、屏蔽絕緣材料、設備折舊、人員工資等諸多因素,倘若原材料成本上漲超預期或生產良率較低將導致BOM成本、製造費用等佔比超出預期,從而導致盈利能力下滑。

5)競爭格局惡化風險。首先224G高速線纜組件屬高毛利產品,下游連接器巨頭若擴產充分可能增加內部產能配套比例從而導致高速線材採購量下降;此外,若更多的企業掌握高速銅纜生產工藝和產能儲備,下游客户的選擇可能更加多元,高速銅纜企業議價能力相應下降,從而導致訂單價格大幅下滑,產生營收增速放緩、毛利率下滑等風險。

6)技術路線不確定風險。本文指出,在AI Scaleup互聯中可選通信技術包括PCB、銅纜、AOC、OIO等,當前銅纜在通信性能和方案成本上相對摺中為最佳方案。隨着互聯距離從機櫃內拓展到機櫃間以及通信帶寬的進一步增長,光通信可能成為在性能上的唯一解決方案;且隨着OIO、CPO等光電集成封裝技術成熟,光通信短距互聯成本有望進一步下降,銅互聯在某些場景使用價值可能被光通信所取代。

研報分析師:高宇洋

執業登記編碼:S0760523050002

研報分析師:張天

執業登記編碼:S0760523120001

報告發布日期:2024年8月5日

本人已在中國證券業協會登記為證券分析師,本人承諾,以勤勉的職業態度,獨立、客觀地出具本報告。本人對證券研究報告的內容和觀點負責,保證信息來源合法合規,研究方法專業審慎,分析結論具有合理依據。本報告清晰準確地反映本人的研究觀點。本人不曾因,不因,也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點直接或間接受到任何形式的補償。本人承諾不利用自己的身份、地位或執業過程中所掌握的信息為自己或他人謀取私利。

【免責聲明】

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