2024年通信行业专题研究:铜连接,拨开AI网络铜进光退的迷雾

  • 来源:华泰证券
  • 发布时间:2024/09/26
  • 浏览次数:2181
  • 举报
相关深度报告REPORTS

通信行业专题研究:铜连接,拨开AI网络铜进光退的迷雾.pdf

通信行业专题研究:铜连接,拨开AI网络铜进光退的迷雾。铜连接:数据中心内短距传输优选,英伟达新方案有望拉动国内外需求。铜连接包含铜缆及连接器,在短距场景下,高速铜连接相较光纤连接具有性价比、稳定性、功耗优势,正成为AI集群短距传输优选方案。英伟达于3月发布GB200系列机架,其中背板连接、近芯片连接及机柜间I/O连接均用到铜连接方案,我们预计25年GB200机柜对应铜连接价值量为245亿元。展望未来,英伟达新方案有望提振国内外铜连接需求,一方面切入英伟达产业链的国产公司有望受益,另一方面国内算力链亦有望借鉴并在集群中加入铜连接。我们认为两类标的值得关注:1)切入英伟达产业链的国产线材&...

高速铜连接:数据中心内部短距传输优选方案

高速铜连接由铜缆和两端连接器构成,聚焦短距传输场景

高速铜缆:以无源 DAC 为主,可由多组差分信号线组成

高速铜缆主要有 DAC、ACC 和 AEC 三种形式,DAC 是最为通用的方案。在早期,高速 铜缆一般指的是 DAC(Direct Attach Cable),即无源直连铜缆,由镀银铜导线和泡沫绝缘 芯线制成的高速电缆组成。随着所需支持的传输速率提升,铜缆的损耗过大而无法满足互 联长度需求的时候,人们考虑在铜缆内部增加有源信号驱动器芯片,这些芯片将补偿部分 铜缆传输带来的损耗,以增加传输距离,按有源芯片的不同可以分为 ACC(Active Copper Cable)和 AEC(Active Electrical Cable):1)ACC 是在线缆 Rx 端加入一定能力的线性 Redriver 来提供信号的均衡和整形中继,延长端到端的传输距离,一般来说 ACC 可以在 DAC 的基础上增加 2-3 米传输距离;2)AEC 实在线缆两端加入 CDR(时钟数据恢复)对 电信号进行重新定时(Retimer)和重新驱动,其所能补偿的铜缆损耗能力一般比 ACC 更 强,并且可以有效阻隔抖动的传递,所以能支持的端到端连接距离比 ACC 更长。 一般来讲,高速铜缆最主要的应用在于 5 米以下短距传输场景,DAC 已然能够满足,而 ACC、AEC 更加适用于有一定传输距离要求和传输性能保障要求的场景;此外,无源 DAC 相比 ACC、AEC 两种有源铜缆来说,低功耗的优势更加显著,因而在数据中心网络中通用 性更强。

从构成来看,高速铜缆由一组或多组差分信号线组成。一组差分信号线主要包括两根高速 线、一根地线及其周边的绝缘层和屏蔽层,其中高速线是核心部分,材质为镀银铜线(银 的导电性能优于铜,镀银线相比纯铜线电信号传输效率更高),被绝缘层所包裹。差分线外 部还有金属编织网和包层,分别起屏蔽作用及加固保护作用。目前一组差分信号线最高可 以实现 224Gbps 的传输速率,高速铜缆可由多对差分信号线组成,以实现更高的通信速率。

差分信号线相对传统的单端信号线的做法,在抗干扰能力、保持信号完整度方面具备显著 优势。差分信号线的工作原理在于两根线都传输信号,这两个信号振幅相同,相位相反, 信号接收端通过比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。该传输方式相对单 端信号走线来说,存在两大突出优势:1)抗干扰能力,因为两根差分走线之间的耦合程度 较高,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信 号的差值,所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消;2)保持信号完整度,当信号通过长 距离传输时,信号的品质容易受到衰减和失真的影响,而差分信号通过对两个相反的信号 进行传输,即使信号发生衰减或失真,差分信号的接收端仍然可以通过比对两个信号来还 原出原始信号,从而保证了信号的完整、可靠。

高速连接器:数通设备间高速传输的桥梁,种类丰富

高速连接器是指能够在高频信号下保持稳定传输性能的连接器,主要分为背板、I/O、近芯 片连接等形式。高速连接器以铜质导体作为传输媒介,通过优化结构、材料和信号处理技 术,实现高速、低延迟、高可靠性、高密度的数据通信,其应用领域覆盖数据中心网络、 通信基站、消费电子等。按照在服务器中的应用部位及形态,高速连接器主要分为高速背 板连接器、高速 I/O 连接器、高速近芯片连接器、高速夹层连接器等类型。其中,1)高速 背板连接器用以实现单板和背板间成 90 度垂直的连接,传递高速差分信号等;2)高速 I/O 连接器安装在通信设备及服务器设备的面板上,一端与内部的 PCB 板连接,另一端可对插 光电转换模块,实现设备内外部的数据交换;3)高速近芯片连接器提供芯片到前端 I/O 或 后端背板的连接;4)高速夹层连接器用于实现两块平行 PCB 板间的上下扣合,近年来 PCB 不断向多层板拓展,多层板技术要求在单一电路板上集成更多功能,而减少多个电路板之 间通过夹层连接器的互联(或产生更多损耗),因此该类型连接器的应用有弱化趋势,本文 暂不讨论。

短距传输场景下,铜连接有望成为首选方案

由于铜连接所支持的传输距离有限,本文主要聚焦数据中心网络中传输距离较短的机柜内 互联,数据中心机柜可由多层托盘(或称 Tray、板)构成,因此我们将其进一步划分为板 外互联和板内互联,板外互联包括光模块+光纤、有源光缆(AOC)和直连铜缆(DAC)三 种主要形式,板内互联包括铜缆高速跳线(Overpass)和 PCB 连接两种主要形式。其中, 板外互联一般更为复杂、对应连接价值量更高,受到市场广泛关注;板内互联则根据客户 需求、服务器内部构型的不同而灵活选择。

板外互联方面,铜连接在性价比、稳定性、功耗方面均优于光连接

板外互联方面,光连接与铜连接方案因介质、架构、设计不同而在应用场景上有所分化。 分别来看:1)光模块+光纤是目前 AI 集群中应用最广泛的方案,依靠光模块高带宽、低衰 减和抗干扰的优势,实现长距离、高速率的数据传输,该方案光模块与光纤相互独立;2) AOC 由两端的两个集成模块组成,并用光纤连接,由于其轻质紧凑的设计,可以满足在空 间有限的数据中心内高密度连接的要求,目前是数据中心、HPC 环境和 InfiniBand 交换机 互连的理想选择;3)DAC 方案不包含光模块,与依赖光电转换过程的光纤模块不同,DAC 具有低功耗、低成本的优势,且该方案依赖于铜线介质,在电信号传输距离方面受到限制, 因此更加适合短距传输。

在短距传输场景,铜连接相比光连接方案具有更低成本、更稳定、更低功耗的优势。我们 以 DAC、AOC 作为主要的比较对象: 1)成本优势:DAC 不包含光电转换器模块,结构简单,并且在布线时可有效节省光纤的 使用,在 BOM 成本上较 AOC 有明显优势,根据 ODCC《下一代数据中心高速铜缆白皮书》 (2020)统计,单根 25G DAC 的价格仅为 25G AOC 的 1/3 至 1/4; 2)稳定性优势:DAC 是电信号直连方案,相较于 AOC 方案需要多次光电信号转换,DAC 具有更高的运行稳定性,若用平均无故障时间(MTBF)来衡量,DAC 的 MTBF 大约为 50000 万小时,通常比光缆的行业标准高出一个数量级; 3)功耗优势:与依赖光电转换的光纤、光模块不同,DAC 数据电缆传输电信号的功耗相 对较低,一根 25G DAC 的线缆功耗在 0.1W 左右,而同样速率的 AOC 功耗则在 2W 左右, 相差 10 倍以上。我们认为,对于像 GB200 NVL72 这样高密度、高功耗的大型机架系统, 对于内部组件功耗大小更加敏感,铜缆将凭借其低功耗优势发挥重要作用。

板内互联方面,铜连接相比 PCB 在保障信号传输质量上更具优势

板内互联方面,我们认为铜缆连接相比 PCB 来说有更好的信号完整性和抗电磁干扰性,在 短距传输中有更高的普适性。市场目前较为关注“PCB 连接能否代替板上高速跳线铜缆 (Overpass)”,我们看到铜缆在信号完整性和抗电磁干扰性方面领先于 PCB,或在大多数 情形下成为板内互联的优选方案:1)铜缆具备较低的信号衰减和较少的串扰,而高速传输 场景下 PCB 布线较为紧密,走线间的串扰比较严重(串扰:高速 PCB 中紧密走线之间不 需要的电磁耦合),将导致信号的损耗,因此铜缆比 PCB 更加适合高频信号传输;2)铜缆 具备屏蔽层,可以有效减少外部电磁干扰,保证传输质量,而 PCB 则可能受到电磁干扰导 致传输效果变差。

另一方面,在一些对空间和散热要求较为苛刻的架构中,PCB 连接或为更优的方案。另一 方面来看,PCB 连接相比铜连接具有更小的空间占用、更低的成本和更优的散热性能,在 一些对于散热要求较高但铜缆设计难以满足要求的架构中或为更合适的选择。例如,在 NVL72 机型的散热设计中,为了在板内塞下液冷冷却管,板内的 Overpass 铜缆跳线由于 体积较大需要进行弯折处理,但弯折后铜缆本身的传输稳定性、信号质量均下降,无法发 挥出铜缆应有的优势。而如果替换为 PCB 连接,PCB 布线较为紧凑,可以有效节省空间, 从而顺利完成 NVL72 液冷管的部署,此外 PCB 成本较低,叠加本身更多板数带来的散热 性能提升,或为本场景中更优的方案。

高速铜连接应用广泛,机柜内三大典型场景均有分布

数据中心将根据传输距离、传输性能要求等来分别选用光连接、铜连接、PCB 连接方案。 我们对数据中心中各路通信网络的梳理如下:以数据中心为分界面,数据中心与数据中心 之间的互联称为 DCI(Data Center Interconnect),通常使用光缆连接。数据中心内的连接 包含机柜间互联与机柜内互联,其中机柜间互联主要是两个机柜架顶交换机通过光模块+光 纤的方案进行互联,此外类似 NVL36*2 方案中 NVSwitch Tray 之间需要通过 ACC 铜缆进 行互联;机柜内互联是本文聚焦的重点,又分为板间互联和板内互联:1)板间互联:a.架 顶交换机与内部计算单元(服务器)之间通过 AOC(亦可选择光模块+光纤)进行连接; b.对于英伟达这类具有额外的 GPU 互联方式(即 NVLink)的机柜,计算单元与 NVSwitch Tray 进行背板互联时可选择“大型 PCB 板+背板连接器”方案或“高速铜缆+背板连接器” 方案。2)板内互联:板内芯片需连接到前端和背板,以 NVSwitch Tray 为例,其中在连接 背板时可选择铜缆连接或 PCB 连接,连接前端端口可使用铜缆进行连接。

我们看到,目前高速铜连接在 AI/HPC 数据中心中机柜内互联应用较为广泛,典型分布区 域包括背板连接、外部 I/O 连接以及近芯片连接。我们以安费诺的产品为例,具体阐释各 个部分的应用情况:

1)背板连接:背板连接器主要用于服务器内部背板与单板的连接,以提高数据速率和缩短 信号上升时间,确保数据在服务器内部高速、稳定地传输,高速背板连接器还提供灵活的 架构设计及多种电缆出口选项,如直线、直角和共面,有助于导线管理、端接和布线。代 表产品如安费诺的 Paladin 系列和 ExaMAX 系列背板连接器,其中 Paladin HD 224Gbps 或为首批搭载在英伟达 GB200 NVL72 服务器上的背板连接器。

2)外部 I/O 连接:铜缆可与外部 I/O 连接器进行端接,从而降低信号损耗、PCB 设计复杂 度及成本。I/O 连接器是通过频繁插拔的电缆与其应用之间的安全电气接触,实现高速的数 据传输的电连接器。目前主流的 4 类高速 I/O 连接器分别为 SFP、QSFP、QSFP-DD 以及 OSFP,这些高速 I/O连接器采用不同的性能方案,提供 28Gbps/56Gbps/112Gbps/224Gbps 的单信号速率,并支持单通道到多通道的传输,以满足在高密度、高性能的数据中心中不 同的高速数据传输需求。相应的 DAC 电缆可以选择各种长度,从 1m 到 10m,适配不同的 网络部署。

3)近芯片连接:主要用于 GPU、ASIC 芯片到背板以及前端的连接,该方案可以有效减少 信号从芯片近端口传输到外部端口时的损耗,代表方案如安费诺 Densilink。

英伟达 GB200 服务器新架构拉动国内外高速铜连接需求

GB200:72xGPU 高密服务器方案,机柜内呈现“铜进”趋势

英伟达于今年 3 月在 GTC 大会中发布多节点、高密度、液冷型的机架级系统 GB200,适 用于计算密集型的工作负载。GB200 主要有 GB200 NVL72 和 GB200 NVL36*2 两种形态, 它们结合了 36 个 Grace Blackwell 超级芯片,其中包括 72 个 Blackwell GPU 和 36 个 Grace CPU,这些 GPU 通过双向 1.8TB/s 的第五代 NVLink 互连。与相同数量的英伟达 H100 Tensor Core GPU 相比,GB200 NVL72 可将 LLM 推理工作负载的性能提高 30 倍,并将成 本和能耗降低 25 倍。

本次 GB200 新架构的亮点在于大量采用“铜连接”设计,从 DGX H100 到 GB200 呈现明 显的“铜进”趋势。我们回顾英伟达 DGX H100 到 GH200 再到 GB200 的服务器架构演进 史发现,随着 GPU 带宽和机柜密度的不断提升,机柜内铜连接的使用量也随之增长。在 DGX H100 阶段,H100 通过 NVLink 4.0 进行连接,交换机与服务器、交换机与交换机之 间以光连接方案作为主导;在 GH200 阶段,机柜密度开始提升,柜内部分互联改用铜连接, 但光连接仍在机柜间互联中占据主导地位;在 GB200 阶段,机柜密度再次升格,B200 开 始通过 NVLink 5.0 进行连接,最明显的一处变化在于背板连接由过去的 PCB 整板转变到 背板连接器+铜缆的形式,另外板内、机柜间的铜缆用量也显著增加。

我们认为,随着 GPU 单卡算力升级,对传输带宽要求也同步提升,同时机柜集成度增加、 算力密度增加,也缩短了传输距离,在机柜内短距传输场景中,铜连接能够以较低的成本 实现与光连接相近的高速传输能力,且经由屏蔽设计的铜缆相比 PCB 连接能提供更优异的 传输信号完整性和抗电磁干扰性。此外,对于像 GB200 NVL72 这样的高密度、超节点架 构来说,机柜对于功耗更加敏感(B200 单卡功耗超过 1000W),而铜连接多为无源器件, 天然具备低功耗优势。综合来看,高速铜连接在现代 AI 集群短距传输中优势凸显,我们判 断未来机柜内部铜连接应用仍将呈增长趋势,且随着集群密度的进一步提升,机柜间亦有 望增加铜连接的使用。

依照前述框架,高速铜连接在数据中心机柜内中有三大典型应用场景:背板连接、近芯片 连接与外部 I/O 连接,我们梳理 GB200 架构中各部位铜连接应用如下:

1)背板连接:包括计算 Tray 和 NVSwitch Tray 之间的高速连接铜缆,它们两头分别连接 计算 Tray 和 NVSwitch Tray 上的 Paladin 背板连接器。具体来看,以 GB200 NVL72 为 例,GB200 NVL72 由 18 个计算 Tray、9 个 NVSwitch Tray 以及顶端的 IB 交换机构成,机 柜背部由密集的高速铜缆实现 Tray 间互联。

2)近芯片连接(Tray 内部或板内):主要是 NVSwitch Tray 板上的芯片与前端 OSFP 以 及后端背板连接器相连的 Overpass 跳线,以及计算 Tray 板上的 GB200 芯片与前端 OSFP 以及后端背板连接器相连的连接线(一般 PCIE 5 线已经够用,这部分我们不算在高速铜连 接内)。 具体来看:1)NVSwitch Tray:每个 Tray 由 2 个 28.8Tb/s 的 NVLink Switch5 ASIC 构成, 单个 NVSwitch 芯片周围共有 4 个铜缆端口,每个端口通过大量的 overpass 与安费诺的 Paladin HD 背板连接器相连(见下图淡蓝线),此外 NVSwitch 芯片还需额外的 DensiLink 跨接电缆与 OSFP CAGE 进行连接(DensiLink 亦属于 Overpass 跳线的一种);2)计算 Tray:每个计算 Tray 包含 2 个 Bianca 板,每个 Bianca 板包含 1 个 Grace CPU 和 2 个 Blackwell GPU,计算节点内部存在高速跳线(overpass),GB200 芯片结合体与 Tray 上 的 OSFP CAGE 之间亦有铜连接。

3)外部 I/O 连接:主要包括机柜间的 ACC(仅存在于 NVL36*2 机柜型),相比 NVL72 来 说,NVL36*2 形态下的 GB200 服务器需要额外的 9 组高速铜缆(据 SemiAnalysis 测算, 共 18*9=162 条 1.6T 双端口水平 ACC)来实现两个机柜的 NVSwitch Tray 的互联。此外, 需要额外的 I/O 连接满足计算设备与网络设备之间的互联。

NVL72/NVL36*2 方案铜连接价值量 65/72 万元,其中背板价值接近 60%

英伟达在 3 月 GTC 大会展示 GB200 NVL72 机架中提到:机柜间背板采用 5000 多根铜缆 进行连接。我们先阐释“5000 多根铜缆”是如何测算得到的:由于 NVL72 采用第五代 NVLink 进行 GPU 之间的互联,NVLink Gen5 提供双向 1.8TB/s 带宽,即单向 900GB/s,目前每 个差分对(DP)单向传输速率水平能达到 200Gb/s,由于 1GB/s=8Gb/s,故每个 GPU 需 要 72 个高速差分对才能实现双向传输,NVL72 总共 72 个 GPU 则对应为 5184 个差分对, NV 用的 1 条铜缆含 1 个差分对,即需要 5184 条铜缆。

我们测算,单套 NVL72/NVL36*2 方案高速铜连接价值量分别为 65 万元/72 万元,其中两 套方案中背板连接的价值量均接近 60%,背板连接:高速 I/O 连接:近芯片连接价值量之 比近似为 6:3:1。我们合理假设:高速铜缆价格为 20 元/米(约 3 美元/米)、高速背板连接 器 220 元/个(约 30-40 美元/个)、Overpass 连接器 150 元/个、一套外部 IO 连接价值量为 6000 元。基于以上假设,我们测算:1)NVL72:分为背板连接、近芯片连接、外部 IO 连 接三类,对应价值量分别为 38.9 万元、4.7 万元和 21.6 万元,占比分别为 60%、7%和 33%; 2)NVL36*2:相比 NVL72 方案最大的变化在于多出机柜间的 ACC 互联,若分为背板连接、 近芯片连接、外部 IO 连接三类,则对应价值量分别为 38.9 万元、6.1 万元、26.8 万元,占 比分别为 54%、9%和 37%。

我们测算,NVL72 方案中 GPU:光模块:铜连接三者价值量的比例分别为 100%:11%:4%, 铜连接性价比优势突出。我们合理假设,NVL72 中单张 B200 GPU 价格为 3.5 万美金,单 只 1.6T 光模块为 1300 美金,GPU 与 1.6T 光模块的对应比例为 1:3,美元兑人民币汇率取 7.12。由此计算得 NVL72 中 72xGPU 价值量总计为 1794 万元,1.6T 光模块价值量总计为 200 万元,根据上述计算 NVL72 中铜连接价值量约为 65 万元,可得 NVL72 方案中 GPU: 光模块:铜连接三者价值量的比例分别为 100%:11%:4%。

2025 年 GB200 服务器对应高速铜连接市场规模有望达到 245 亿元。根据 TrendForce 集 邦咨询预测,2025 年英伟达 GB200 服务器出货量有望达到 6 万台,其中 NVL72/NVL36*2 方案对应出货量分别为 1 万套/2.5 万套,则根据我们对单机柜的高速铜连接价值量测算结 果,可推导出 2025 年 GB200 服务器对应高速铜连接市场规模为 245 亿元。

我们注意到,市场因产业信息“GB200 设计将从基于 HDI+铜连接更改为高层高频低介电 PCB”,而担忧未来高速铜连接市场空间受到影响,我们判断该影响有限。我们认为:1) 高层高频低介电 PCB 的研发难度较高,且需要得到 PCB 厂商的大力配合,因此从研发到 量产落地需要时间,业界预计新方案最早在 2H25 以后(Blackwell Ultra 上市)才能落地, 而 GB200 目前的方案有望于 4Q24 进行出货,短期内对铜连接的需求影响有限;2)根据 我们的判断,本次新设计主要是将 GB200 服务器中 Switch Tray 上 NVSwitch 芯片与背板 相连的 Overpass 换作 PCB 连接,节省空间以满足液冷散热的设计,该项新设计仅应用在 NVL72 上(密度更高、对液冷要求更苛刻),而 NVL36*2 若想采用相同的设计则可能导致 更高的成本,因而市场普遍预计 NVL36*2 不会受到影响。

基于此前的测算,单套 NVL72/NVL36*2 方案高速铜连接价值量分别为 65 万元/72 万元, 由于暂不确认 2H25 后新方案的其他更改,目前我们仅考虑“以高频低介电 PCB 替代 Switch Tray 上的 Overpass 铜缆”这一设计变化,该变化对 NVL72/NVL36*2 价值量的负面影响为 -4 万元/0 万元(即除去 Switch Tray 上的 Overpass 价值量),影响后单套 NVL72/NVL36*2 方案高速铜连接价值量分别为 61 万元/72 万元,对应替代前价值量比例为 94%/100%,对 应 2025 年 GB200 服务器铜连接市场空间为 240.5 亿元,综合来看“PCB 新设计”对铜连 接市场空间影响约 4.1 亿元(2025 年,华泰预测)。

受英伟达 GB200 理念带动,国内算力集群或增加铜连接设计

前提——国内互联网厂商早在 2018 年便开始探索在数据中心中加入铜连接。根据 ODCC 《下一代数据中心高速铜缆白皮书》(2020),自 2018 年开始,伴随着国内大型数据中心 自建,机柜功耗密度大幅度提升,同时数据中心网络架构的升级和网络交换机趋于白盒化, 国内大型互联网厂商开启了数据中心铜连接先行先试:1)以阿里巴巴为代表的大型数据中 心用户率先在新建基地中快速切入 10G/25G DAC,并迅速规模化;2)以腾讯为代表的大 型数据中心在超过 5m 需求的场景中引入有源铜缆 ACC 作为更长距离需求的补充。两大互 联网厂商皆享受到高速铜缆相比 AOC 的红利,如成本节省、网络链路稳定性增强等。

国内运营商、互联网厂商、华为等领先企业正共同探索 AI 集群“超节点”发展趋势,铜连 接有望在未来国内高密短距 AI 场景得到广泛应用。1)中国移动在《面向超万卡集群的新 型智算技术白皮书》(2024)中指出,未来随着大模型的进一步发展,算力形态将通过 Scale up 发展,突破传统单机 8 卡,形成高密度的超节点架构,中移动目前正牵头 OISA(全向 智感互联)体系的发展;2)腾讯在 2024 年 7 月发布星脉网络 2.0,该网络搭载全自研网 络设备与 AI 算力网卡,支持超 10 万卡大规模组网,网络通信效率较上一代提升 60%,并 表示将继续追求“超节点”,在未来推出的星脉网络 3.0 中或将融入最新的超节点技术;3) 华为在2023年9月全连接大会上发布全新架构的昇腾AI计算集群Atlas 900 SuperCluster, 采用全新华为星河 AI 智算交换机,两层交换网络实现 2250 节点(等效 18000 张卡)的超 大规模无收敛集群组网,该集群也创新性采用超节点架构,大大提升了模型训练能力。 我们认为,国内运营商、互联网厂商及华为对超节点、高密度的 AI 集群组网追求趋于一致, 这与英伟达 GB200 NVL72 架构的设计理念相吻合,因此高速铜连接作为本次 GB200 机架 的增量设计,未来亦有望在国内的 AI 智算中心建设中批量采用。

关注海外链配套商以及领先的国产链生产商

产业全景:线缆与连接器供应商处在铜连接产业链中游核心环节

高速铜连接产业链包含上、中、下游:1)上游主要为各种材料,包含金属材料、电镀材料、 塑胶材料和其他陶瓷玻璃材料等,其中金属材料以铜为主,电镀材料包括镀金、镀银、镀 镍等;2)中游为产业链的核心环节,我们将其分为线材&线缆和连接器两大部分,其中安 费诺、莫仕、泰科为综合性国际巨头,在线缆与连接方面均具备较高的市场份额,分板块 来看国内的公司,线材&线缆板块包括线材、镀银导线、PCIe 线等,连接器板块按连接器 类型及分工可以分为高速背板连接器厂商、高速 I/O 连接器厂商以及连接器组件及代工商; 3)下游为终端客户,直接客户包括英伟达、华为及其他国产算力服务器供应商,间接客户 包含互联网厂商、电信运营商以及政企金融、地方智算中心等。

产业格局:海外巨头占据较高份额,国产厂商分兵突破

高速铜缆:2022 年全球 CR10 达 69%,海外厂商占据前九席

2022 年全球高速铜缆 DAC 市场 CR10 达 69%,海外厂商占据前九席位。根据 QYRsearch 《高速直连铜(DAC)电缆全球市场研究报告 2023-2029》,2022 年全球 DAC 前十强厂商 占有大约 69%的市场份额,其中前九名厂商均来自海外,包括安费诺、莫仕、泰科、Juniper、 Volex 等,国内立讯列第十。

高速连接器:国内背板连接器厂商逐渐打破海外垄断,部分通过上游配套进入海外供应链

在 25Gbps 以上的高速连接器方面,安费诺、莫仕、泰科等以往通过互授专利构筑壁垒, 占据绝大部分市场。根据中国国际工程咨询公司《重点电子元器件研究报告》(2020),安 费诺、莫仕、泰科等海外公司利用领先的技术优势,在世界各地抢先注册专利,并通过成 立专利授权战略联盟,构筑较强的专利壁垒,2020 年三大巨头在高速连接器领域专利超过 550 项。得益于此,2020 年前以上几家巨头在全球高速连接器市场上占据绝大部分份额, 具体来看:2020 年全球 25Gbps 高速连接器市场中,安费诺、莫仕、申泰、泰科市占率达 72%、20%、3%、5%;2020 年全球 56Gbps 高速连接器市场中,安费诺、莫仕、申泰、 泰科市占率达 60%、28%、10%、2%。

国内高速背板连接器:华丰、庆虹、中航光电等厂商已在 112G 及以上的高速产品的研制 方面跟上海外巨头的步伐,有望受益国内算力建设。过去,安费诺等海外头部厂商凭借专 利壁垒享有高速背板连接器领域较高的份额,在 56G/112G/224G 的研制量产节点分别是 2014/2018/2022 年左右,其中在 56Gbps 及以下的高速背板领域领先国内约 5-7 年,自 2019 年开始,华为、中兴开始扶持国内高速背板连接器厂商,华丰科技、庆虹电子等开始在 112Gbps 的研制进度上跟上海外巨头的步伐,其中华丰科技在 2020 年完成 56Gbps 背板 连接器客户认证;在 2023 年上半年完成 112Gbps 的主要客户产品测试并将参与重点客户 的下一代服务器;在 224Gbps 产品方面公司于 2022 年开始预研,已在 2023 年上半年达 成样品试制合格。我们看到,我国高速背板连接器厂商在近几年成功突破海外封锁,实现 了国产替代,尤其是在 112Gbps 及以上的产品的研制中迎头赶上海外巨头,弱化了海外厂 商的专利壁垒限制,后续有望深度受益国内算力建设。

国内高速 I/O 连接器:海外厂商占据大部分份额,国内厂商虽有参与但整体份额仍有较大 突破空间,意华等厂商积极布局 112G 高速产品,鼎通等厂商通过供应组件&代工形式切入 海外龙头产业链。国内高速 I/O 连接器在以往长时间段内由海外安费诺等巨头垄断,近年来, 随着下游通信设备厂商对国产化内部器件的需求日益增长,国内意华、立讯、方向电子等 厂商纷纷开始布局 25G 以上高速 I/O 连接器,目前已实现 25G/56G 产品的量产。而在 112G 以上高速产品方面,意华、方向电子均有相应产品面世并已完成小批量生产,立讯在 2023 年报中指出公司 OSFP 224G 连接器样品已完成初步 SI 测试数据。我们认为,未来国内算 力建设中将再度提升对内部芯片、元器件的自主可控要求,如中移动今年预计商用三大自 主可控的万卡集群,国内高速 I/O 连接器品牌商有望长期受益。

另一方面,鼎通科技、奕东电子等厂商通过为海外巨头做上游配套,我们认为这些厂商将 从另一条路径直接享受铜连接趋势带来的红利。以鼎通为例,鼎通通讯连接器组件产品下 游直接客户为安费诺、莫仕等连接器模组制造商,其生产的组件经过客户集成其他功能后 形成连接器模组,并最终配套供应通讯设备厂商。鼎通、奕东分别在 23 年报中表示,正积 极配合客户开发 QSFP-DD 112G/OSFP-DD/OSFP 等系列新产品,其中鼎通在 24 年中报 中披露,新品 QSFP-DD/OSFP 112G 系列开始量产。我们认为,国内连接器组件及代工商 已与海外连接器模组龙头建立稳定合作关系,考虑到安费诺在英伟达铜连接供应链的龙头 地位,未来国内代工商有望率先享受英伟达 GB200 新架构引领的铜连接增长红利。

海外铜缆+连接器巨头

安费诺(APH US)

美国安费诺集团创立于 1987 年,是全球最大的连接器制造商之一。安费诺是高性能铜缆组 件设计、制造和供应领域的技术领导者,在 QSFP 电缆、OSFP 电缆研发等领域处于行业 领先地位,客户涵盖各种大型数据中心、网络、HPC、电信、服务器和存储系统平台提供 商。安费诺拥有多个基于单通道 224G 速率解决方案,包括 OverPass、UltraPass、 ExtremePort、UltraPort 等线端、板端连接器以及配套线缆平台。公司的 OSFP 电缆组件 被 Electronics Products 评为“年度产品”,每个电缆组件可实现 200G、400G 和 800G 的 聚合带宽。安费诺是英伟达生态系统的重要合作伙伴,将为 Blackwell 系列 GPU 提供高度 复杂且有效的互联产品。

莫仕(未上市)

莫仕成立 1972 年,公司拥有 100,000 多种性能可靠的产品,生产包括用于电子、电气和光 纤等行业的互连产品和系统、开关和应用工具等,是世界上最大的连接器产品和系统的制 造商之一。2013 年莫仕接受 Koch 工业公司的收购并退市。公司于 2023 年率先推出芯片 对芯片 224G 产品组合,其包含新一代电缆、底板、板对板连接器以及可以高达 224 Gbps-PAM4 的速度运行的 Near-ASIC 连接器对电缆解决方案,可以满足业界对最快可用 数据传输率的更高需求,从而为先进的技术提供支持,包括生成式 AI、机器学习(ML)、1.6T 网络和其他高速应用。

泰科(TEL US)

泰科成立于 2000 年,专注于设计、制造及销售连接和感应器解决方案,是全球最大的连接 器及感测元件公司之一。在高速连接器领域,泰科提供 QSFP、QSFP DD 以及 OSFP 等系 列连接器、壳体和电缆组件产品,可以支持单通道 112G 速率解决方案。其 QSFP 产品单 个可插拔接口中可包含四个数据传输通道,通道数据传输速度可从 10 Gbps NRZ 轻松升级 至 112 Gbps PAM.4。每个通道能够以 10 至 112 Gbps 的速度传输数据,因此每个端口支 持总计高达 400 Gbps 的速度,以满足跨以太网生态系统的各种需求和环境要求。

编辑:火腿肠
  • 相关标签
  • 相关专题
  • 热门文档
  • 热门文章
  • 本年热门
  • 本季热门
  • 本月热门
  • 本年热门
  • 本季热门
  • 本月热门
分享至