2024年高速铜连接行业专题报告：GB200引爆高速铜互连，探寻AI时代短距高密通信“最优解”

1. GB200 带动高速铜连接爆发，AI Scaleup 高速铜缆性价比最优

1.1 GB200 创新使用铜缆线背板互联引关注，高速铜互联在AI 柜内场景已具有成熟经验

英伟达 GB200 NVL72 通过 NVLINK5 将 72 个 B200 组成一个“超级 GPU”。英伟达在2024GTC大会上发布 GB200 超级芯片以及 NVL72 机柜，通过高速铜缆互联形如一颗超级GPU。具体来看，每个NVL72机柜由 18 个 compute tray 和 9 个 NVLINK Switch tray 组成，每个 compute tray 包括2 颗GB200 超级芯片，每颗 GB200 超级芯片由 2 颗 B200 GPU 和一颗 Grace CPU 通过 NVLINK C2C（单向450GB/s）连接而成。而每台 NVLINK Switch 则由两颗 NVLink Switch4 芯片组成，交换带宽为 28.8Tb/s*2。每颗B200芯片通过NVLink5 共 900GB/s 单向带宽（共 36*224G SERDES）分别连接到 18 颗 NVLink Switch4，而高速铜缆互联主要应用的场景正是 B200 芯片与 NVLink Switch 的互联。此外，每颗 B200 均配置了CX7 或CX8网卡，通过 400Gb 或 800Gb IB 网络 scaleout 互联，对应每台 compute tray 2 个 OSFP 800G 或1.6T 端口。

NVL72 的高速铜连接架构设计。NVL72 使用一层 NVSwitch 交换架构连接了72 颗B200，这主要通过背板连接器到线背板再到交换芯片的跳线完成。根据 Semianalysis 的分析，每个Blackwell GPU都连接到一个安费诺 Paladin HD 224G 连接器，每个连接器有 72 个差分对（对应每颗B200 900GB/s*8*2 的NVLINK收发带宽），连接到背板 Paladin 连接器后接下来使用了 SkewClear EXD Gen2 电缆背板连接到Switchtray的Paladin HD 背板连接器（每个连接器有 144 个差分对），再通过OverPass 跳线电缆连接到NVSwitch芯片。

因此实际上 GB200 NVL72 使用了定制的高密度背板连接器和线背板模组来解决72 颗B200与18颗NVLink Switch 的机柜内互联，而为了解决 Switch tray 上 PCB 密集高频信号的串扰问题，还使用了OverPass近芯片跳线连接到背板。

NVL36*2 的高速铜连接架构设计。英伟达对于 NVL36*2 的定位是满足某些机柜功率、风冷散热有限制条件的客户需求，NVL36 机柜的最大区别一是同样配置了 9 个 Switch tray（18 颗NVLink Switch4芯片），相当于交换容量翻倍，二是是使用了可扩展的 NVLINK Switch tray，两台 NVL36 机柜之间通过短距ACC铜缆互联。对于线背板和交换芯片跳线，NVL36 采用了与 NVL72 相同的设计，相应的由于GPU数量减半，线背板和 OverPass 使用的电缆数量也近乎减半。但由于要实现两台 NVL36 的互联，每套NVL36*2系统将需要额外的 162 根 1.6T ACC 电缆互联，而为了将 NVLINK Switch 一半的带宽连接到前面板，英伟达还使用了安费诺的 Densilink 跳线产品，因此 NVL36*2 整体上跳线的用量是较 NVL72 基本相当的。

除英伟达外，高速铜互联在 AI 短距离场景已有成熟经验，dojo/谷歌等均使用定制铜缆或DAC&AEC作为短距互联方案。以谷歌为例，其 TPUv4 服务器设计 TPU 和 CPU 板卡是分开的，使用PCIE外部线进行连接而在 TPU 互联域，谷歌使用的是 3D torus 网络架构，每颗 TPUv4 具有6*50GB/s ICI 带宽，其中2条ICI 链路在 tray 内通过 PCB 互联，3 条链路使用 400G DAC 铜缆在机柜内与其他TPU tray 互联，剩余1条链路通过 400G FR4 光模块连接 OCS 光交换机。特斯拉自研芯片 dojo 机柜的设计则更加独树一帜，其基本芯片单元为 D1 芯片，25 个 D1 芯片组成一个 Training Tile，12 个 Training Tile 组成一个服务器机柜，算力达 109PFlops。为实现 Training Tile 之间的高速互联，特斯拉定制了通信协议，每片Tile 的每一边通过10个 900GB/s 定制连接器和线缆组件实现 9TB/s的超大带宽。

1.2 铜缆是 AI 高速高密度场景下当前通信性价比最优解

聚焦铜互联：铜互联主要应用于芯片间互联及柜内互联等等短距离场景，传输距离通常在10 米及以下。铜互连指的是主要使用铜作为材料的电信号通信方式（因其导电导热性能好，可塑性强），因此其涵义其实包括了芯片内互联走线（在芯片制造时实现）、芯片间（chiplet）走线（通常在基板上完成）、模组间走线（在PCB 上完成）、PCB 板间通信（一般通过背板、连接器或铜缆完成）以及机框之间通信（一般通过铜缆或光模块）。

在 224Gbps 速率下， cable（铜缆）是 SERDES LR（米级）最建议的电信号通信方式。随传输速率增加，传统 PCB 信号衰减程度快速提升，采用增加层数和更换新型材料则会使成本明显提升，因此cable传输代替 PCB 成为有效解决方案。如图 13 所示，横轴代表信号频率，纵轴代表信号强度（dB负值越大衰减越严重），PCB 信号（红色、粉色、黄色）的下降斜率较 cable（绿色、蓝色）陡峭的多。根据OIF对SERDESLR 的测试数据，在 224G 速率下，cable 可传输 1 米，是建议的通信手段。

AI Scaleup 需要怎样的通信技术？综合考虑距离、功耗、密度、串扰、成本。Scaleup 指的是使用统一物理地址空间将多 GPU 组成一个“超级 GPU”节点，随着大模型参数的快速提升，扩大Scaleup域有助于张量并行效率更高，并且简化了 AI 算法编程。NVLINK 是英伟达 GPU 实现Scaleup 的主要通信方式，其通过 NVLINK Switch 实现节点内高速交换。NVLINK Switch 3 最高连接 8 枚 GPU，而NVLINKSwitch4最多可扩展 576 个，GB200 NVL72、NVL36*2 的 Scaleup 域为 72 个 GPU。在 8 颗GPU 互联时，NVLINK主要通过 PCB 进行 intra-board 通信，距离通常在 1 米内；而 72 颗 GPU 互联达到了intra-rack、相邻rack通信，距离通常在 1 米至 5 米，因此距离成为 GB200 选择铜缆互联的最主要因素。除此之外，与光通信（AOC、CPO）对比，根据 TheNextPlatform 报告，铜缆的 cost 成本仅为 AOC 的十分之一，虽然CPO在功耗、密度、距离都更有潜在优势，但当前产业链还不成熟，其对客户机房改造、服务器设计等“潜在成本”是要高出不少的。

铜缆互联是 NVL72&36 机柜内、机柜间短距互联的性价比最佳方案。GB200 机柜compute tray与Switchtray 之间的传输距离约为 0.5-1 米，英伟达使用了定制化的线背板模组 cartridge 结合高密度背板连接器来实现背板的互联，较 PCB 可行度更高、较光模块成本更低。而在 Switch tray 交换芯片到背板、前面板英伟达则使用了安费诺的 OverPass、Densilink 近芯片跳线方案，以避免 PCB 可能出现的高频信号串扰、信号衰减过快问题。在 NVL36 相邻机柜间，英伟达或选择有源铜缆 ACC 方案，较光模块成本更低、功耗更低。

1.3 GB200 高速铜缆市场分析：预计 2025 年高速铜缆新增市场近60亿美元

我们看到目前市场主要使用两种方式测算 NVL72 内部线单机柜价值量，且可以相互验证。一是根据英伟达在 GTC2024 上的介绍，NVL72 使用铜缆互联较光模块节省了6 倍的成本。我们首先计算采用光模块需要的采购成本： B200 单 GPU NVLINK IO 带宽为 1800GB/s 双向，即 900GB/（s 相当于 7200Gb/s）单向，如果采用800Gb/s多模光模块需要 9*2=18 只（收发各一个连接 compute tray 和 Switch tray），NVL72 需要72*18=1296只光模块。根据帕米尔研究的报告，800G 多模当前的市场 ASP 在 430 美金左右，故NVL72 需要的800G光模块成本为 55.7 万美元。与此对比，铜缆互联的成本预计在六分之一的 9.3 万美元左右。

二是根据高速铜缆的量价关系测算。 1）单颗 B200 芯片的单向 IO 带宽为 7200Gb/s，如果采用 200Gb/s 的高速差分铜线收发共需要72根，故 NVL72 需要 5184 根高速差分铜线。 2）该高速铜线需要从 compute tray 的背板连接到 Switch tray 的背板（平均距离0.5-1.5 米），再从Switchtray 背板连接到 NVLINK Switch 芯片（平均距离 0.5 米），因此若计算端到端单根铜线的平均长度在1.5米左右。NVL72 需要约 7800 米的铜线。 3）价格方面，Lightcounting 在《High speed cables，linear drive and co-packaged optics》报告中给出的1.6T DAC 和 AEC 2025 年的 ASP 分别为 259 美金和 405 美金，我们假设 1.6T ACC 的ASP折中为330美金。假设 1.6T ACC 平均长度 1.5 米，由于单根 ACC 包括了 16 根 200Gb/s 单通道裸线，单根200Gb/s铜线每米的价格约为 13.8 美金。 4）以上铜线价格为组件层面，包括了连接器、结构件以及毛利润，我们假设内部线成本结构与之类似，可得到 NVL72 机柜内部线组件的价值约 10.7 万美金。且若根据距离来判断，其中背板和跳线的铜线价值量约 2:1 关系。

对于 NVL36 机柜，其包括了内部线和相邻机柜连接的 1.6T ACC。主要变化为compute tray 数量减半，但 Switch tray 数量相等。按照以上量价测算法，得到 NVL36 内部线铜缆长度为5184 米左右，价值量约7.2万美金。 外部线 ACC 部分。NLV36 Switch tray 包括两颗 28.8Tb/s 交换容量的芯片，一半带宽用于相邻机柜连接，故 Switch tray 前面板的 IO 带宽为 28.8Tb/s，如果采用 1.6T 端口，需要 18 个，即2*NVL36 系统需要162条 1.6T ACC 铜缆，其价值量约为 5.3 万美金。 此外，仍有短距 scaleout 网络使用到 DAC&ACC。根据 Semianalysis 的测算，ACC、DAC还会用于InfiniBand 网络 compute tray 与柜顶交换机的互联以及带外管理网络 compute tray 与管理交换机的互联，在NVL36*2 CX-8 配置下，这些价值量合计 1.02 万美元。 总结：根据以上测算，NVL72 机柜的高速铜缆合计 11.7 万美金，而 NVL36 机柜的价值合计10.4万美金。根据 Trendforce，2025 年 GB200 机柜合并出货有望达到 6 万台，其中 NVL36 可能达到5 万台。以此为核心假设根据以上价值量测算，我们得到 2025 年 GB200 机柜的铜缆市场将达到约64 亿美元。

2. 高速铜缆市场：使用场景不断延伸，产业链上下游涉及多环节

2.1 高速铜缆使用场景丰富，市场空间广阔

高速铜缆组件由线材和连接器组成。安费诺以组件形式销售背板线模组、近芯片跳线以及外部IODAC&ACC，高速线材和连接器作为重要原材料可能选择外采或代工方式。根据华丰科技招股书，高速线缆组件产品工序包括外购线材、智能裁切、电子布线、导线端头处理、与自制的连接器端接、灌封、包装处理。高速线模组作为新兴的高速铜连接产品，工艺壁垒较高，以华丰科技的产品为例，工序合计达到1000道以上，焊点平均 6000 个以上，每个焊点均需可靠性测试，且位置精度控制在±0.005mm，每个工序良率在 99%以上。

分应用场景来看，铜互联应用场景主要有芯片直出跳线 overpass、服务器内部线、背板互联线和机柜外部线。具体来看，高速跳线 overpass 可解决数据量激增及带宽更高时面临的传输问题，可实现AISC与背板、ASIC 与 IO 接口及芯片之间的互连，芯片跳线主要包括 C2B（芯片对背板）线、C2C（芯片对芯片）线、C2F（芯片对前面板）线；服务器内部线主要包括 MCIO 线、PCIE 线及SAS 线等等；机柜内高速背板互连指背板和单板之间通过裸线进行互连，机柜外部通过高速铜缆 ACC 连接到服务器SFP/QSFP等IO端口，再通过服务器内部跳线进行数据传输，或实现机柜与机柜之间的互联。在 GB200 机柜里，背板线模组 cartridge、NVSwitch overpass&densilink、PCIE、ACC即分别对应的是高速铜缆背板互联、芯片飞线、服务器内部线、外部 IO 线场景。英伟达 GB200 系列成为高速铜互连最经典最系统的使用场景，也成为最大的增量市场。我们尝试分别计算高速铜互联四种场景的市场空间（组件层面）： 1）高速线背板：根据 Business Research 报告，全球背板连接器市场 2021 年市场规模为19.4亿美元，但主要为板间高密度连接器互连方式，线背板模组将主要用于 AI 服务器机柜、高速框式交换机、路由器等。若按照 2025 年 5 万台 NVL36+1 万台 NVL72 机柜，参照我们上文单机柜线背板价值量测算，将新增25亿美元市场。 2）近芯片跳线：其使用有两种场景，一是在服务器、网络设备 SERDES 速率达到112G以上时PCB传输距离和性能不满足要求；二是某些结构紧凑的服务器、网络设备设计时用于节省PCB 面积，充分利用空间。目前市场缺乏相关统计数据，参考我们上文的价值量测算，按照 2025 年5 万台NVL36+1 万台NVL72机柜，将新增 21.6 亿美元市场。 3）服务器内部线：广泛应用于通用服务器、AI 服务器中存储、网卡、GPU 卡与PCIE 总线的互联。根据 trendforce，2023 年全球服务器出货量 1443 万台，按照平均每台服务器 2 路CPU，每路CPU使用一条PCIE4.0*16 连接线，单跟价格 200 元（参考技嘉 PCIE4.0*16 显卡延长线）计算，2023 年全球服务器内部线市场规模在 8 亿美元左右。 4）外部 IO 线：根据 LightCounting，2023 年全球 DAC&ACC 市场规模为4.4 亿美元，按照上文2*NVL36需要 DAC&ACC 5.3 万美金，2025 年 5 万台 NVL36 计算，将新增 13.4 亿美元市场。

外部线可进一步分类为无源 DAC、有源 ACC（Active Copper Cable）和AEC（Active Electrical Cable），功耗均低于 AOC。以 400G 为例，无源 DAC 使用导电铜线在两端之间直接连接，不包括有源元件，因此成本最低，传输距离不超过 3 米，主要用于系统内机架连接，功耗也最低；有源铜缆（ACC）在电缆内部添加了有源信号驱动器或均衡器芯片，可以补偿铜传输造成的部分损耗，因此传输距离可达DAC的2到3倍，功耗也随之增加；有源电缆 （AEC）在电缆内部包含 retimer，可以在传输开始和结束时清理、去除噪声并放大信号，因此传输距离可达近 10 米，功耗也高于 ACC，但仍低于有源光缆AOC。根据LightCounting的预测，2024 年后全球 DAC 和 AEC 的市场增速远高于 AOC，2028 年 AOC+DAC+AEC 市场将超过25亿美元。其中由于 AI 集群建设对 800G、1.6T 有源铜缆的需求激增，2025 年后 800G AEC 需求快速增长，2026年后 1.6T AEC 需求快速增长。

2.2 高速铜缆线材：高速线材具有设备和工艺壁垒

从高速通信线制造环节拆分来看，1）材料处理：合金铜线经过拉丝工艺变成细铜线，其中核心原材料是高纯度铜材（主要供应商有博威合金、威兰德等），决定了电缆的导电性能，再通过电镀/化学镀银等方式形成镀银线（主要供应商有恒丰特导等）；2）绝缘：镀银铜线经过挤塑绝缘、编织、挤塑护套、成圈包装等流程形成芯线（多数为线材厂商内部完成），其中护套材料根据民品/军品要求不同使用材料不同。一般来说单根芯线可由数根至十根以上不等数量的镀银铜线绞合而成，而对于高速数据通信芯线而言，通常由一对差分线组成；3）编织：芯线经由绝缘押出、平行对绕包、编织、挤塑护套等环节形成成品线材（主要供应商有安费诺、乐庭智联、安澜万锦、神宇股份、景弘盛、蓝原科技等），至此完成线材制作；4）组件组装：成品线材加上连接器可成为完整线束产品，即我们提到的高速铜互联组件，用于不同互联方案，主要供应商有安费诺、泰科、莫仕、立讯、兆龙、金信诺、华丰等厂商。

不同环节设备和材料对芯线到线材制作有重要影响，具体来看： 1）绝缘芯线压出：绝缘材料对成品性能有非常大的影响，目前主要有 PP、FEP、铁氟龙、FEP发泡、铁氟龙发泡材料等，对于 PCIE6.0 以上高速传输材料绝缘材料普遍使用发泡材料。对于绝缘工序来讲，需要严格控制的是绝缘外径、同心度、椭圆度以及电容等指标。2）平行对绕包：即将2 根绝缘芯线及地线集合在一起，同时在外面包上一层铝箔或铜箔麦拉和一层自粘聚酯带，过程将影响线材的阻抗、延时差、衰减等；绕包工序中铝箔&铜箔的厚度和重叠率要严格控制，同时聚酯带绕包的方向应于铝箔&铜箔相反，同时对自粘聚酯带的加热温度也要精准控制。此外，平行绕包线弯曲性能差，还应尽量避免弯折，尽量做到伏贴和保护芯线。；3）线材编织：通过编织机在成缆芯线外面编上一层金属屏蔽网，以增强线材的屏蔽效果，过程中需对线材的收放线张力及排线等进行控制；4）线材外被压出：通过压出机在编织或成缆线材外面押上一层聚烯烃材料被覆 ，对线材加以保护，过程中需对张力及排线、押出方式等进行控制。

2.3 铜互连高速连接器：技术和专利壁垒高，市场份额集中在欧美巨头

数据中心连接器为通信连接器市场里高速成长的分支。根据 bishop&associates，2022 年全球连接器市场规模为 841 亿美元，其中通信为占比最大的细分市场。通信连接器包括无线射频连接器、微波连接器、背板连接器、板对板连接器、线对板连接器等，主要应用在电信和数据中心两大市场。由于发达国家5G建设的阶段性放缓、传输网建设的周期性等因素，通信市场表现平缓，而以大模型为代表的AI 算力建设2024年后驱动科技企业数据中心资本开支大幅提升，且主要用于 AI 服务器采购，数据中心成为通信连接器市场增速最快的赛道。

GB200 高速铜连接中主要涉及到的是 IO CAGE、背板连接器、近芯片连接器等。GB200 机柜对于高速连接器的用量提升非常显著，其中 800G、1.6T IO CAGE 用于和光模块&ACC 对插的端口，尤其是1.6TIOCAGE 单通道速率提升至 224Gbps，对于高频高速防串扰设计成为难点。而背板连接器、近芯片连接器目前代表性的是安费诺的 Paladin、OverPass 系列，此类连接器的特点是超高速信号以及大电流密集传输，pin脚密集，对于连接器制造的精度、一致性、电镀处理难度极大。

高速高密度连接器技术、专利壁垒高，市场份额高度集中。根据华丰科技《IPO 首轮问询回复意见》，通讯高速连接器的关键工序和核心环节包括磨具设计与制造、塑压成型、冲压成型、玻璃密封连接器烧结、壳体类零件机加工、接触件零件机加工、表面处理、接触件制造、零件热处理、接触簧片的自动连续塑封、自动装配和检测、模块化&无缆化产品装联等细节，核心指标包括成型精度、精度一致性、表面镀膜一致性、接触件使用寿命、接触件应力、热性能等等。根据中国国际工程咨询有限公司的《重点电子元器件研究报告（缩写版）》，在 25Gbps 及以上高速连接器领域，泰科、安费诺、莫仕三大美国巨头通过收购、相互授权专利长期处于垄断地位，形成“一家独大两强相随”局面。其中 25Gbps 连接器市场安费诺、莫仕、申泰、泰科分别占比 72%、20%、3%、5%；56Gbps 连接器市场安费诺、莫仕、申泰、泰科分别占比60%、28%、10%、2%。

2.4 高速铜互联组件：竞争格局相对集中，国产替代具有空间

由于高速铜互联组件厂商的话语权主要集中在连接器领域，因此连接器的竞争格局基本顺延到组件市场，国内厂商仍有替代空间。根据 QYReasearch《高速直连铜(DAC)电缆全球市场研究报告2023-2029》，外部 IO 组件 DAC，目前全球主要供应商包括安费诺、molex、泰科、Juniper、Volex、英伟达、泛达、博迈立铖、佳必琪、立讯等。2022 年全球前十强厂商占有大约 69.0%的市场份额，其中安费诺为最主要供应商，份额领先；国内厂商主要包括立讯精密、兆龙互联、金信诺等。而对于高速背板领域，根据华丰科技招股书，安费诺、泰科、莫仕占据较大市场份额，国内逐渐形成了以华丰、庆虹、中航光电为主的格局。对于近芯片跳线领域，我们认为安费诺在全球处于绝对领先地位，海外 samtec、泰科，国内立讯精密、华丰科技等处于挑战者地位。最后，服务器内部线领域，竞争格局相对分散，海外玩家主要是安费诺、泰科、molex、Volex、samtec，国内玩家包括立讯精密、鸿腾精密、兆龙互连、金信诺等。

高速铜连接市场有望从英伟达引领扩散到海外 UALINK 和国产配套，铜连接作为Blackwell 最显著的增量产品有望“复刻”光模块行情，2025 年市场需求或爆发增长。NVL72 的意义在于引领scaleup通信技术发展，海外 UALINK 以及国内智算集群均有望跟进。今年 5 月底，英特尔、AMD、博通、思科、谷歌、HPE、Meta 和微软宣布建立 UALink 推广工作组，以指导数据中心 AI 加速器芯片之间连接组件的发展，希望未来可以取代 NVLink 接口。UALink 1.0 规范将支持多达 1024 个加速器内存统一互联，虽具体实现方式仍未知，我们认为高速铜缆架构不失为成熟的解决方案。国内方面，中国移动编制的《面向超万卡集群的新型智算技术白皮书》倡议加速推进超越 8 卡的超节点形态服务器，优化GPU卡间互联协议实现通信效率跃升，可以期待国内 AI 大芯片在 scaleup 互联技术也在酝酿更大的动作。以华为为例，其2022年底推出的“天成”多样算力平台旨在设计更高的算力密度，超节点形态服务器设计将是下一步工作重点。

编辑：火腿肠