2024年铜行业专题研究报告：AIDC，铜的新机遇

一、人工智能计算迅速崛起，拉动铜需求快速提升

生成式 AI、大算力引领计算领域新发展。随着 ChatGPT 等生成式 AI 技术和元宇宙等前沿 业态的强劲推动，全球人工智能的应用不断拓展。中国电信预测，2022 至 2027 的五年间， 全球 AI 市场规模将以 58%的复合增长率增长至约 4000 亿美元。 大模型训练与推理等新型需求的涌现也对算力提出了更海量的要求，IDC 数据显示，至 2027 年，我国算力市场规模预计将达到 1234.7 EFLOPS，其中智能算力占比高达 90%以上。

AI+大算力的变革性时代不仅推动了技术的迅猛发展，也重塑了数据处理与传输的基本逻 辑，作为其中的核心要素，数据中心主要承担着处理海量用户设备请求的重要任务，为用 户设备提供计算、存储、分析等一系列服务；基站则是连接数据中心/供应商与用户设备 的桥梁，通过无线信号进行双向通信。人工智能背景下，数据中心的智算化和基站的 5G 化转型也对铜材料提出了更高的需求。

1.1 供应端：“智算”时代驱动数据中心用铜需求的增长

全球数据中心迎来爆发式增长。从市场规模角度来看，2021 年全球数据中心规模同比增长 10%至 679.3 亿美元,而我国市场的增速则更为显著，由 2017 年的 512.8 亿元跃升至 2021 年的 1500.2 亿元，年均复合增长率高达 30.78%。 从机架规模角度来看，2021 年我国在用数据中心机架规模达到 520 万架，其中大型以上 机架规模占比达到 81%。

随着 AIGC、云计算等人工智能行业的快速发展，我国数据中心也进一步向“智算化”方向 进行转型。中国电信在白皮书中提到了 AIDC 的“1333 模型”，即 1 个目标、3 类业态、3 种布局、3 项关键。 相较传统数据中心，AIDC 的典型特征是灵活、弹性、绿色。其中，灵活代表短时间内快速 响应客户的各种需求；弹性代表根据机柜功率和客户流动性灵活调整能源调度和制冷模式 的变化；绿色体现在全面应用高效节能技术产品，实现 PUE（电源使用效率）、WUE（水使 用效率）和 CUE（冷却使用效率）的三低目标。

铜在数据中心的升级中占据了至关重要的地位。铜具备一系列卓越的性能，包括良好的导 电性、耐磨性和耐腐蚀性，以及相对较低的成本效益，所以成为数据中心的关键材料。而 鉴于人工智能下的电力消耗日益增加，单位面积的服务器所需吸纳的电力更多，数据中心 也急需对电力和冷却系统进行优化升级。

1.2 传输端：AI 基站的 5G 化转型推动铜板消费的增长

随着 AI 的迅猛发展，其对基站传输能力的需求也在逐步提升。5G 基站以其独特的结构优势，可以降低馈线对信号的损耗，从而在降低成本的同时，提升信号的传输效率，能够满 足更多用户的高频通信需求。而由于 5G 基站具备高精度和小覆盖的特性，它在同等信号 覆盖区域内所需的宏基站数量约为 4G 基站数量的 1.2-1.5 倍，且为了满足用户更为精细 化的通信需求，5G 微小基站的建设也在加速推进中。近年来，5G 基站规模也迎来了快速 的扩张期，截至 2023 年底，全球基站总数达 517 万个，其中我国达到 337.7 万个，占全 球总数的 65%以上。 

随着 5G 技术的推进，其频段数量显著增加以及工作频率的提升，导致了射频前端元件的 需求急剧上升，进而使得印制电路板（PCB）的使用面积也随之大幅增加。由于铜材在导 电、导热等方面所展现出的卓越性能，使得高频高速覆铜板在市场上的需求呈现出爆发式 的增长态势。

1.3 铜加工材在 AI 及 5G 领域的应用

铜加工材的种类繁多且应用广泛，主要涵盖了铜管材、铜带材、铜排板、铜线材、铜箔材 等，其中铜板带主要用于电子信息、电力、导热、服辅装饰等领域，铜箔材主要用于电子 及新能源等领域，铜线主要用于汽车电子、电力输送等领域。AI 技术的迅速发展带动信息 传输、电力传输、导热等需求，增加对于铜板带、铜箔材及铜线材的下游消费。

据中国有色金属加工工业协会统计，2023年我国铜加工材产量2085万吨，同比增长2.96%。 其中铜排板产量 132 万吨，同比增长 1.54%，铜带材产量 237 万吨，同比增长 3.49%，铜 箔材产量 89 万吨，同比增长 11.25%，铜线材产量 1.49 万吨，同比增长 2.24%。

（1）铜板带

根据合金种类不同，铜带材可分为黄铜带、紫铜带、锡（磷）青铜带、白铜带等，2023 年 我国上述铜带材产量分别为 77/102/28/5 万 吨 ， 在 铜 带材 中 产量 占 比分别为 32%/43%/12%/2%。

铜板带主要应用领域为电子信息、电力、导热、装饰等领域。铜板带在电子信息领域的应 用主要为连接器、框架材料、射频带等，其中连接器用铜合金代表性材料主要为黄铜、紫 铜、青铜、高铜、铜镍锡等合金。

随着 5G 进入大规模商用，连接器作为 5G 关键器件，其材料与性能关系着 5G 使用体验。 连接器中，铜合金板带应用比例约为 90%，主要用于制作连接器外壳、导电接触面等。连 接器下游应用主要行业为汽车、数据中心（AI 概念）、智能终端（除汽车）、家电办公等。

AI 浪潮驱动下，预计连接器在数据中心、消费类 AI 设备、商用智能办公室、AI 机器人等 行业的需求将受益，带来对于铜连接器的消费提升。

引线框架用铜合金主要为铜铁磷合金、铜铬锆合金、铜镍合金，上述合金材料在抗拉强度、 电导率、抗软化温度方面具有较强性能。

国内产能逐步满足铜板带市场需求。我国是全球最大的铜板带进口市场之一，各类铜板带 产品基本处于净进口状态，但各类铜板带净进口量呈现逐年递减趋势，表明国内铜板带产 能逐步满足市场需求。 国内产能有待高端化。2021 年至今，我国紫铜带已经连续三年实现净出口，且净出口规模 逐步扩大。但应用于集成电路等电子半导体领域的高端铜板带，如青铜带（磷锡铜合金）、 白铜带（铜镍合金）仍维持净进口，且白铜带净进口规模下降速度较慢，表明在高端铜板 带方面，国内产能进口替代速度较缓，铜板带产能仍需进一步向高端方向发展。

（2）铜箔

电子电路铜箔产量稳定。2021-2023 年，我国铜箔产量逐年增长，从 2021 年的 62 万吨提 升至 2023 年的 89 万吨，复合增长率 19.81%，其中电子电路铜箔及压延铜箔总产量维持 在 37 万吨左右。

电子铜箔由采用不同工艺方法制出的电解铜箔和压延铜箔组成，作为 PCB 制造中的主要原 材料之一,在 PCB 中起到导电、散热等重要功效。铜箔被称为电子产品信号与电力传输、 沟通的“神经网络”，对于 PCB 整体特性都起到十分重要的作用，电路板的性能、品质、 制造中的加工性、制造水平、制造成本以及长期可靠性等,都与铜箔的品质及在 PCB 制造 中对铜箔的加工水平有着密切的关联。 自 20 世纪 50 年代后, 随着印刷线路技术的发展, 压延铜箔由于宽度受限、生产工序复 杂、流程长、成本高, 难于满足大面积刚性覆铜板生产的需要而逐步被电解铜箔所替代。 5G 焕发压延铜箔新生机。近年来随着动力锂电池的兴起, 手机、屏蔽仪等产品的发展以 及电子产品向轻、薄、小、快方向发展, 使得压延铜箔重新焕发生机。尤其是 5G 时代挠 性印制线路板(FPC)及刚性 PCB 要实现更低的信号传输损耗，而压延铜箔相比于电解铜箔 金相组织致密，晶粒沿着轧制方向排列，所以其延展性，挠曲性和抗弯曲性优于电解铜箔， 多用于要求挠曲性比较好的柔性印制线路板；另一方面，压延铜箔的表面比较平滑，经过 表面处理后的毛面粗糙度也比较低，所以近年来高频高速用柔性线路板为了规避趋肤效应， 对低粗糙度压延铜箔的需求越来越多。

铜箔净进口量呈现下降趋势。与铜板带类似，随着铜箔产业自主创新及快速发展，中国大 陆铜箔贸易逆差逐步缩减，2023 年铜箔净进口量降低至 3.92 万吨。 虽然中国大陆铜箔进口量整体呈下降趋势，但电子铜箔在高端产品方面仍有待技术突破。 近年来全球电解铜箔行业新增产能绝大多数来自中国大陆的电解铜箔厂家，新增生产品种 主要为锂电铜箔，而日企、台企（部分的）在扩产品种的目标上，还是主要锁定在 5G 通 信、封装基板等发展需求不断增加的、高附加值的高端 PCB 电解铜箔方面。这一发展铜箔 品种的差异导致中国大陆与日企、台企在发展高端电解铜箔技术的差距加大。 进出口铜箔产品均价的差距可以反映出中国大陆和海外铜箔产品高端化程度的差异。2023 年中国大陆电子铜箔进口量（额）前八位国家/地区平均进口价格为 1.47 万美元/吨，而 出口方面这一价格仅为 1.12 万美元/吨，出口电子铜箔产品均价低于进口，中国大陆铜箔 产品仍待高端化发展。

二、供应端：DC 开启 AI 新时代，铜材或将迎来新机遇

2.1 AIDC 催生用铜新需求

与传统的数据中心相比，智算数据中心不仅在硬件上有所革新，增添了算力资源平台和智 能调度技术，同时还引入了高性能服务器与加速技术，以及自然语言识别与处理功能，这 些技术的融入也进一步增加了对铜材料的需求。在数据中心中，铜的应用主要为配电设备 （如电缆、连接器、母线）占比 75%、接地与互联占比 22%、管道暖通空调占比 3%。

（1）冷却系统部分：随着高密度算力需求的急剧增长，对制冷模式的精准控制变得尤为 重要，根据《新一代智算数据中心（AIDC）基础设施技术方案白皮书（2023 年）》，未来纯 智算形态的全液冷系统制冷弹性约为当前普智一体形态的 2-4 倍。

应用于数据中心的液冷技术可分为冷板式、喷淋式和浸没式液冷三类，其中冷板式液冷对 发热器件的改造和适配要求较低，技术成熟度较高，应用进展最快。 冷板式液冷采用铜铝换热冷板。冷板式液冷系统由换热冷板、分液单元、热交换单元、循 环管路和冷却液组成，是通过换热冷板（通常是铜、铝等高导热金属构成的封闭腔体）将 发热器件的热量传递给封闭在循环管路中的冷却液体进行换热的方式，数据中心冷板式液 冷技术的应用增加对于铜的需求。

（2）电缆部分：在当前的电缆应用中，有源光缆（AOC）和无源铜缆（DAC）占据了主导 地位。 AOC 以光纤线方式连接两个光收发器，并借助外部电源来实现信号传输，最高传输速率可 达到 100Gbps，同时兼具轻巧的设计和较低的电磁干扰度，能够支持最大 100km 的传输。 DAC 通过电脉冲进行数据传输，覆盖范围通常在 7-10 米之间。在相同规格下，其成本仅 为 AOC 的 1/3-1/4，凭借低成本、低功耗和高可靠性等优点，DAC 被广泛应用于同机柜或 相邻机柜之间的数据传输场景。因此，在数据中心的短距离互联场景中，铜缆 DAC 相较于 光缆 AOC 具有更强的实用价值。 但实际上，很少有数据中心完全依赖铜缆或光纤布线，在可预见的未来，大多数数据中心 的最佳解决方案为混合使用光纤和铜缆，实现光铜“携手并进”。当前光纤介质转换器的 使用也增加了一定程度的灵活性，可以互连不同的布线格式，并通过跨越更远距离的 SMF/MMF 链路扩展铜基以太网设备的覆盖范围。

（3）配电设备部分：数据中心服务器内部的配电板及母线主要以铜制材料为主，其中母 线采用镜像式全对称结构设计，接地排中置，铜导体分布在槽体两侧，不仅能够有效减少 电力传输过程中的能量损失，也能够确保母线的稳定性与散热性。

随着生成式 AI 需求不断增长，以大功率 GPU 芯片为主的 AI 算力服务器在新数据中心建 设规划中将占据重要份额，从电力需求、电力密度、线路容量等方面对数据中心供配电系 统提出更高的要求。

2.2 超级 AI 芯片 GB200 引领“高速铜连接”新篇章

英伟达在科技领域的最新突破再次引起了广泛关注。在 2024 年 3 月 19 日举办的 GTC 大 会上，英伟达正式发布了其最新研发的 GB200 超级 AI 芯片，凭借其卓越的算力性能，这 款芯片将成为智算数据中心硬件架构中的核心组件。同时，英伟达对于 2025 年的 AI 超级 芯片出货目标设定为 600-650 万颗，其中 GB200 预计将占据高达 70%的市场份额。 GB200 NVL72 铜互连技术新增用铜需求。GB200 产品系列涵盖了多样化的产品形态，其中 NVL72 为重点推介产品，成功应用了先进的铜缆连接方案。 GB200 计算托盘基于新的 NVIDIA MGX 设计，包含 2 个 Grace CPU 和 4 个 Blackwell GPU， 具有用于液体冷却的冷板和连接，支持高速网络的 PCIe gen 6，以及用于 NVLink 电缆盒 的 NVLink 连接器。GB200 NVL72 在一个机架中配置了 72 个 GPU 和 18 个双 GB200 计算节 点或在两个机架中配置 72 个 GPU 和 18 个单 GB200 计算节点，使用铜缆盒密集封装和互 连 GPU。 铜连接技术的显著优势主要在于其高效散热性能、成本效益以及低能耗特点，单台服务器 采用铜互连方案后的价值量也会更为突出。单台 GB200 NVL72 架构中利用 5000 根 NVLink 铜缆进行交换机和 GPU 之间的连接，单台服务器中铜缆总长度接近 2 英里。 2024-2025 年，GB200 NVL72 的出货量预计分别达到 3,000 台和 50,000 台，铜互连解决方 案的市场空间将逐年攀升。

GB200 NVL72 大幅强化新一代人工智能加速运算。英伟达数据显示，GB200 NVL72 相对于 H100 实现 25 倍能效提升，相对于 CPU 实现 18 倍数据处理，相对于 H100 Tensor Core GPU 实现 30 倍大型语言模型推论，相对于 H100 实现 4 倍大型语言模型训练，大幅提升新一代 人工智能及加速运算能力。

2.3 预计 2026 年数据中心用铜量 46-112 万吨

随着生成式 AI 的兴起，数据中心耗电量快速上涨。IEA 预测，中性情况下预计到 2026 年， 全球数据中心耗电量将达到约 800TWh，按照 70%的利用率计算，负荷约为 132GW。CDA 数 据显示，数据中心用电负荷铜单耗若按较低的 27kt/GW 计算，2026 年当年新增数据中心 耗铜量将达到 46 万吨；施耐德电气数据显示，数据中心用电负荷铜单耗若以较高情况的 66kt/GW 计算，当年新增数据中心耗铜量将达到 112 万吨。上述 27-65kt/GW 的用铜单耗 并不包括外部建筑及配套配电设施，若加上这部分，数据中心带来的用铜需求将更大。由 于施耐德电气测算的 66kt/GW 距今时间较长，或与数据中心实际用铜量存在差异。

GB200 NVL72 的用铜部分主要包括铜连接线缆和 PCB 部分，我们分别测算这两部分的用铜 需求。

（1）线缆：GB200 NVL72 单台服务器铜缆数量约 5000 条，单条铜缆长度约为 0.65m，铜 缆直径约为 7mm，按密度 8.96g/cm³计算，每米铜缆质量约为 344g，单台 GB200 NVL72 服 务器铜缆用量用量约为 1.12 吨。

（2）PCB：生产 PCB 原料主要为覆铜板（原辅材料主要为粘结片和铜箔），此外需要采购 少量铜箔，因此 PCB 为 GB200 NVL72 另一用铜需求来源。 根据生益电子招股说明书及生益科技可转债募集说明书数据，测算得从覆铜板阶段到 PCB， 生产 PCB 需要铜箔量约为 38.25 吨/万平方米。

在前文 2.2 节中，我们知道 GB200 计算托盘包含 2 个 Grace CPU 和 4 个 Blackwell GPU， GB200 NVL72 在一个机架中配置了 72 个 GPU 和 36 个 CPU。参考国金电子组 2023 年 4 月 的报告《AI 服务器中到底需要多少 PCB》，DGX A100 中 8 个 GPU 对应 PCB 单机价值量为 12250 元/台，平均每个 GPU 的 PCB 价值量为 1531.25 元；2 个 CPU 对应 PCB 单机价值量为 2845 元/台，平均每个 CPU 对应 PCB 价值量为 1422.5 元。以 DGX A100 对应 PCB 价值量估 计 GB200 NVL72 单机 PCB 价值量约为 16.15 万元。华鑫铜箔数据显示，全球电子电路铜箔 产量（万吨）/全球 PCB 行业产值（亿美元）数值基本维持在 0.064，以此估算 GB200 NVL72 单机用铜箔量约为 147kg。

根据上述测算，GB200 NVL72 单机铜缆用铜量约为 1.12 吨，PCB 用铜量约为 147kg，此外 还有连接器用铜约 5kg，机柜用铜约 90kg，GB200 NVL72 单机用铜总量约为 1.36 吨。预 计 2024-2026 年 GB200 NVL72 出货量分别为 3000/50000/80000 台，则对应用铜量分别为 0.41/6.79/10.87 万吨。

Prismark 数据显示，2023 年中国和全球 PCB 产值分别为 377.94/695.17 亿美元，Prismark 预计到 2026 年，中国和全球 PCB 产值将分别达到 428.63/816.95 亿美元，据此我们测算 2026 年中国和全球 PCB 用铜箔量分别为 35.84/68.30 万吨。

2.4 低能耗诉求给铜需求带来不确定性

随着 AI 技术的快速发展，数据中心用电需求也在加速增长。IEA 数据显示，2023 年英伟 达出货量达到 10 万台，平均每年耗电 7.3TWh；到 2026 年，人工智能产业耗电量将呈指 数级增长，预计至少是 2023 年的 10 倍，而全球数据中心的耗电量预计由 2022 年的 460TWh 扩大至 620-1050TWh。

低功耗诉求或将给铜需求增长带来不确定性。由于 AI 算力的大量能源消耗，在当前“双 碳”背景下，未来降低处理器运行中的能耗将成为集成电路行业主攻方向之一，这已经在 实际应用中取得突破：2022 年市值排名第二的虚拟货币以太坊通过改变其挖矿机制，降 低了其 99%的电力需求。铜在数据中心中用于配电设备占比达到 75%，若未来技术进步带 来 AI 对于电力等能源消耗降低，或将给铜需求增长带来不确定性。

三、传输端：5G 基站爆发式增长，衍生新增用铜需求

3.1 5G 建设衍生新增用铜需求

AI 发展加速 5G 建设需求。AI 数据中心产生的大量数据对于基站传输提出更高要求，5G 具备“高速率、高容量、高可靠性、低延时与低功耗”特性，能够更好满足 AI 大量数据 传输需求。 相较于 4G 基站，5G 基站对铜的需求量更大。铜加工材在 5G 基站中的应用场景主要包括 射频电缆及泄漏电缆、PCB、设备设施（集成电路、引线框架及真空电子器件）。 射频连接器需求呈几何增长。从基站的连接器用量上看，由于 5G 的传输速度相比 4G 高 100 倍左右，其对连接系统的传输速度和通道功能要求大幅增加。4G 单一基站基本是 4-8 通道传输，而 5G 基站基本为 32-64 通道传输，不仅对连接器的需求数量呈几何级的增加， 对性能要求也更为严格。当前 5G 通信基站每座宏基站的主流架构需要射频盲插连接器 192 套（采用介质滤波器的结构）或 384 套（采用金属滤波器的结构），相比于目前主流的 64 套射频连接器成倍增长。 5G 基站建设带动高频高速 PCB 发展。为实现更高网络容量以应对增强移动宽带、大规模 物联网和低时延高可靠通信等应用场景需求，5G 使用了大规模天线阵列（MassiveMIMO） 和超密集组网等技术。未来随着天线及射频模块需求增加、基站部署密度增大，将带动高 频高速 PCB 发展，PCB 中覆铜板 CCL 为核心基料，将成为 5G 用铜主要场景。

5G 建设推动集成电路产业及引线框架用高端铜合金发展。集成电路作为信息技术产业的 核心，5G 发展会加大各类芯片的应用，包括数量上的增加及应用范围的扩大，芯片高速发 展会带动集成电路引线框架用铜合金需求。引线框架铜合金同时作为芯片机械支撑的载体 和导电、导热介质，一方面连接芯片/器件电路形成电信号通路，另一方面与封装外壳一 同向外散发热量而形成散热通路。 引线框架用铜均为高性能铜合金材料。引线框架用铜合金按照铜加工产品形态划分，主要 应用铜合金带材。根据电子封装的要求，引线框架铜基材料在固溶强化、形变强化和时效 析出强化的多重作用下，实现材料的高强度，并最大限度地减少电导率的损失，以达到引 线框架所需的力学性能和导电性的良好匹配。当前引线框架铜合金主要有 Cu-Fe-P 系、 Cu-Ni-Si 系和 Cu-Cr-Zr 系合金等，并以 Cu-Fe-P 系合金为主。

3.2 2026 年全球 5G 基站 PCB 用铜预计 5.60 万吨

AIOT 数据显示，单台 5G 基站中 PCB 价值量约为 15104 元，基于生产 PCB 耗铜量及 PCB 价 格，我们根据 5G 基站 PCB 价值量测算单站 PCB 用铜量约为 18kg。

根据《中国 5G 经济报告 2020》，5G 将全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施，从 线下到线上，从生产到消费，从平台到生态，将我国数字经济发展提升到一个新的高度。 《报告》数据显示 2030 年 5G 将带动直接经济增值 2.9 万亿元，间接经济增值 3.6 万亿 元。 5G 基站的建设也将带动 PCB 对于铜的需求，我们预计 2024-2026 年底，我国 5G 基站数量 将分别达到 465/573/777 万站，假设中国 5G 基站数量占全球比重维持 65%，则全球 5G 基 站分别为 713/877/1190 万站，当年全球新建 5G 基站将分别带动 PCB 用铜需求 3.50/2.95/5.60 万吨。

编辑：火腿肠