2024年电子行业专题研究：Gemini 1.5Sora预示AI模型迭代加速，高速通信驱动PCB成长

一、高速通信推动成长，层数增加+材料升级+工艺复杂提升 PCB 价值量

1.1、高速通信仍是驱动 PCB 未来增长的关键领域

PCB 作为电子元器件之母，行业升级主要由下游电子终端产品的变化驱动，观察行业近年 来的发展情况，我们发现高速通信成为了驱动 PCB 行业发展的重要力量，从 2018~2019 年 5G 带动的高频无线和高速有线应用场景发展，再到 2020~2023 年的服务器升级和 AI 基建扩容，高速通信成为了继 PC、智能手机之后带动 PCB 行业在新的一轮周期快速增长 的主要因素，数据上体现在 2018~2022 年有线通信和服务器领域 PCB 产值复合增速显著高 于其他细分领域，分别达到 6.2%和 11.1%。 展望未来，我们认为当前 PCB 行业未来仍然处在高速通信所驱动的增长趋势中，根据 CPCA 所引用的细分领域复合增速可以看到，服务器 PCB 的增速仍然位居全行业第一、达到 6.5%， 可见高速通信将成为 PCB 行业发展中不可忽视的重要趋势。

1.2、高速通信快速成长主要来自于云计算/AI 等需求带动

高速通信具体到下游的应用场景包括运营商基础网络、家庭网络、企业网络、工业网络以 及数据中心网络，需求对应到云计算、AI 等领域。根据信通院引用的 Gartner 数据，云 计算市场规模在未来几年仍然有望保持在 18%以上的复合增速，同时根据 Bloomberg 对海 内外云计算厂商资本开支的预期可以想见云计算相关基础建设仍然在高景气阶段，加之当 前 AI“军备赛”正如火如荼，高速通信产业链高速发展确定性强。

1.3、PCB 主要以服务器/交换机等设备为承载物参与高速通信基础建设

随着高速通信领域的增长，PCB 作为从属于高速通信的硬件产业链的一环，以设备为承载 物参与高速通信基础建设。由于当前高速通信场景中数据中心网络的发展明显快于其他应 用场景，而数据中心中主要设备为服务器/存储、交换机/路由器，因此我们在考量高速通 信为 PCB 行业带来的增长机会时，主要以服务器和交换机中的 PCB 为着眼点。

1.4、“高速化”要求 PCB 完整且更快传输更多数据，落脚点在带宽和 I/O 数

一般来说高速通信领域所用 PCB 板中高多层占比相对更大一些，而高多层板的价值量要高 于低层板，因此高速通信行业本身的增长就能够为 PCB 行业带来价值量的提升。在此基础 上，我们还观察到高速通信领域的“高速化”仍然在持续提升，这就为 PCB 行业带来加倍 的增长动力。为了读者更好理解后文我们展开陈述的服务器和交换机行业变化对 PCB 的影 响，我们在本小节先为读者理清“高速化”到底是如何对 PCB 价值量产生影响的。

高速通信实际上是电子行业发展中一直以来的重要趋势，在数据量井喷的背景下，“高速 化”对通信设备的传输介质提出了能够满足完整且更快传输更多数据的要求，PCB 作为单 体通信设备中两个传输节点之间的线路介质，其性能会显著影响传输的效率，主要体现在 三个方面： 1) 高速需要更高层数的 PCB 来承载电信号。当前高速通信网络主要通过提高带宽来提升 传输速度，而带宽提升之后单位数据量就会提升，作为承载电信号的介质，PCB 板就 需要更多的铜层来负责电信号走线，层数增加就会进一步提升 PCB 的价值。 2) 高速通信需要更高速的 CCL 材料。单位时间内传输的数据量提升会导致信号传输损耗 提升，信号完整性受到挑战，而根据公式可知“单位距离信号传输损耗∝信号频率* 介电损耗*介电常数”可知要保证完整性需要降低传输介质的介电损耗和介电常数指 标，对于 PCB 来说就需要用到更高级的覆铜板材料。行业内专门对支持高速通信的覆 铜板进行了等级划分，按照介电损耗的数值范围从下到上可分为 mid loss、low loss、 very low loss、ultra low loss 和 super ultra low loss，越高等级材料价值就越 高，从而带动 PCB 价值也相应升级。 3) 高性能芯片单位面积 I/O 数会增加，需要更高密度互连 PCB。更高速的通信会搭配更 高性能的芯片，而在摩尔定律的影响下，高性能芯片会采用更先进的制程，最终会存 在更多的 I/O 引脚数延伸至与 PCB 连接，而 PCB 板为了在单位面积内匹配更多的 I/O引脚数，需要在单位面积中做更多的连接点、走线的线宽线距也得更细，最终使得高 密度互联（HDI）这种主要应用在移动通信（有轻薄短小要求的场景）的 PCB 技术越 来越多地运用于高速通信领域，HDI 工艺会增加线路中埋盲孔制作、产能消耗大，运 用这类工艺会抬升高速通信用 PCB 板的工艺附加值。

总结来看，高速通信领域快速增长带来了 PCB 行业的快速发展势头，我们认为主要的关注 点在于云计算、AI 应用下数据中心中服务器和交换机这两类设备所用 PCB 升级变化，基 于此，本文将对服务器和交换机中 PCB 的变化进行详细论述。值得注意的是，PCB 在需求 领域的应用是以设备为承载物的，则我们在观察下游领域变化对 PCB 的影响时主要遵循 “PCB 市场规模=设备出货量*单台设备价值量”的公式，分别对设备本身出货量和单台设 备价值量的变化进行判断。

二、服务器 PCB 单机价值量提升，来自 AI 性能提升和 CPU 平台升级

服务器是数据中心网络布局中最重要的设备，首先对设备出货量进行判断，根据 IDC 的预 测，在 2023 年全球服务器数量同比下滑 16%的情况下，预计 2024 年同比增长 17%且至 2027 年复合增速仍然能够保持在 8%以上，可以想见服务器市场仍然处于相对良性的稳定增长 趋势中。

虽然服务器出货量能够稳定增长，但这不足以使得服务器行业成为我们关注的重点，我们 认为服务器作为代表高速通信的关键设备，之所以能够成为 PCB 行业增长的主要动力的关 键点在于其单机价值量将迎来显著变化，趋势主要来自两个方面，其一为 AI 服务器中新 增关键部件导致 PCB 价值量大幅提升，其二为服务器性能升级带来 PCB 价值量提升。

2.1、AI 服务器增速更快，单机价值量提升来自单价用量增加和性能要求提高

由于 AI 相关产品迎来需求大爆发，AI 服务器的增速显著高于普通服务器，根据 IDC， 2019~2023H1 AI 服务器的出货量增速分别达到 1%、16%、35%、27%、8%，而同期全球服务 器出货量增速仅为-0.4%、7%、7%、10%、-15%，可见 AI 服务器是我们观察服务器行业需 求增长的关键点。

除了 AI 服务器本身出货量增速快之外，我们认为 AI 服务器架构相对更复杂、性能要求更 高，其对应的 PCB 单机价值量相对普通服务器会有显著的提升。通过对比 AI 服务器和普通服务器的硬件架构，我们认为 AI 服务器相对普通服务器单机 PCB 价值量增加主要来自 三个方面： 1) 板子数量得以增加。AI 服务器是专门用于 AI 模型训练和推理的设备，相较传统服务 会增加更多的矩阵计算的功能，传统的 CPU 核心能够分配给计算的部分不多，因此 AI 服务器需要在传统 CPU 的基础上增加 GPU 来支持更多的矩阵运算功能，架构上就 会多出 GPU 层，从而就会从以往的 1 块主板（CPU 母板）为主变为 2 块主板（CPU 模 板和 GPU 模组板），单机 PCB 板的数量首先得到增加。从英伟达 DGX AI 服务器产品可 以看到，整个架构分成了GPU Board Tray、Motherboard Tray和配件组，其中GPU Board Tray 里面会新增加速卡板（OAM）和模组板（UBB），PCB 使用量显著提升。 2) 除了板子数量增加之外，PCB 板性能也要求提升。由于 AI 设备所面临的数据量和传 输速率要求显著提升，GPU 高速运算部分之间连接带宽也得到了显著提升，对比传统 服务器运用 PCIE 总线标准的单链路带宽和英伟达在 AI 服务器中采用的 NVLink 的单 链路带宽，可以发现 AI 服务器中带宽显著提升，并且从实践的角度各大厂商在设计 过程中还会通过增加链路数来提升总带宽，而根据前述内容，带宽的增加会带来数据 量的提升，而数据量的提升会对 PCB 板的层数、所用 CCL 材料等级提出更高的要求， PCB 整体的性能得到显著的提高。 3) I/O 数量增加引入 HDI 的产品设计。GPU 算力性能高，要想不浪费 GPU 本身的算力性 能，就需要增加 GPU 对外连接的通道数和连接的效率，因此各类 GPU 整体硬件方案集 成度都相对以往 CPU 更高，对应的 PCB 就会往 HDI 的形式转变，以英伟达 DGX 系列产 品为例，其 A100、H100、GH200 以及即将在 2024 年发布的 B100 产品的加速卡均采用 HDI 工艺制造。

在这样的趋势下，AI 服务器的增长将显著带动 PCB 的价值量提升，我们通过拆解普通服 务器（以华为 2288H 为例）、英伟达 DGX A100、英伟达 DGX H100 的 PCB 板组成架构，最 终计算得到普通服务器的 PCB 价值量为 1125 元，而以英伟达 DGX AI 服务器为代表的设备 PCB 价值量达到 7000~10000 元，并且英伟达的 AI 服务器产品仍在升级迭代中（2024 年即 将发布 B100 产品），可见 AI 服务器的增长为服务器 PCB 价值量提升提供强劲动力。

2.2、服务器 CPU 平台全面升级至 PCIE 5.0，PCB 层数和 CCL 等级都将相应提升

服务器的关键元器件包括 CPU、内存、硬盘、网卡等，在服务器运行时，数据会在 CPU 和 这些关键部件进行通信，控制这些通信活动的芯片被称为芯片组（包括内存控制芯片、PCIE 控制芯片和 I/O 处理芯片等），为这些通信提供道路的线路即为总线（包括 PCIE 总线、 USB 总线和 SPI 总线等，其中 PCIe 是最主要的总线），最终合称 CPU、芯片组和总线为 整个服务器的平台方案。服务器的升级主要体现在整个平台的演进，其中除了芯片要更新 换代以外，PCIE 总线也将升级。 鉴于 Intel 和 AMD 占据了全球服务器 CPU 市场 90%+的份额，两大厂商的芯片升级带动总 线升级规划就决定了服务器 PCB 板的升级节奏。通过产业链信息（联茂公告）可知，Intel 已经在 2023 年推出了搭配 PCIE 5.0 的平台 Eagle Stream 平台，对应代号为 Sapphire Rapids 和 Emerald Rapids 的芯片，预计 2024 年还将推出搭载 PCIE 5.0 的新平台 Birch Stream，对应芯片代号 Granite Rapids；AMD 于 2022 年底和 2023 年已经推出搭配 PCIE 5.0 的 Genoa 和 Bergamo 芯片，对应 Zen 4 平台，预计 2024 年还将推出搭载 PCIE 5.0 的新平 台 Zen 5，对应芯片代号 Turin。可见自 2022 年底到 2024 年服务器主板平台均处于全面 升级至 PCIE 5.0 平台的趋势中。

我们认为 PCIE 总线升级对 PCB 的影响仍然是通过带宽要求提升实现的，PCIE 总线标准每 升一级则对应单链路带宽都会提升一倍，从而对应 PCB 的层数和 CCL 材料也会相应升级。 根据联茂公告，PCIE 3.0、PCIE 4.0、PCIE 5.0 对应的 PCB 层数为 8~12 层、12~16 层、 16~20 层，对应的 CCL 等级为 Mid Loss、Low Loss、Very Low Loss/Ultra Low Loss。

综合来看，我们认为服务器 PCB 市场在 AI 服务器和服务器 CPU 平台两大升级趋势的带动 下，市场规模将持续扩张，根据 CPCA 引用数据，预计 2027 年服务器 PCB 市场空间将达到 135 亿美元，相对 2023 年 82 亿美元市场规模仍有 65%的扩容空间。

三、AI 提升单网络交换容量，芯片端已全面迈入 51.2T 高速交换期

交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，其为网络中的不同设备（服务器、计算 机、摄像头、打印机等）提供一条点对点的连接，简单来说交换机的功能属性就是网络架 构中的一条具有方向性（MAC 地址）的通路。从物理形态上来讲，交换机就是由一张张 PCB 板构成的集成式设备，其工作机制就是将进入线卡 A 的数据通过交换模块进行寻址后转发 到线卡 B，其中所涉及到的 PCB 包括：交换单元板负责不同接口之间的数据转发和交换， 是整个设备中性能要求最高的板子；接口板是与光模块连接的出入口、是信号传输的媒介， 因此也叫作线卡；主控单元板负责整台设备系统的控制和管理；背板主要用于连接交换模 块、接口板和主控单元等部分，部分交换机设计可能会不用背板。

交换机中决定 PCB 板价值量的关键在于总吞吐量（相当于单位时间马路能够通过的车辆 数），而总吞吐量等效于单端口带宽（相当于单条马路的宽度）与端口数量（马路的数量） 的乘积，这样的属性就使得在不考虑不同设备之间连接问题的情况下，多台低端口带宽的 交换机可以等效于 1 台高端口带宽的交换机，如 2 台 16 端口、每个端口 400G 的交换机（总 吞吐量=总带宽=2*16*400G=12.8TB/s）几乎等效于 1 台 16 端口、每个端口 800G 的交换机 （总吞吐量=总带宽=1*16*800G=12.8TB/s）。根据前面提及的我们在观察下游领域变化对 PCB 的影响时主要遵循“PCB 市场规模=设备出货量*单台设备价值量”的公式，但在交换 机的属性背景下，单台设备出货量和单台设备价值量（取决于单台交换机的总带宽）这两 个自变量存在负相关关系、分拆分析或导致无限循环问题，因此我们认为在判断交换机市 场 PCB 的变化趋势时，我们应当着眼于一个完整的网络总吞吐量（等于网络中交换机数量 *单台交换机的总带宽），只要网络总吞吐量趋势是提升的，则对于 PCB 来说总价值量就是 提升的。

3.1、AI 组网容量大幅提升，交换机 PCB 价值量提升趋势明确

在 AI 网络快速组建的当下，我们观察到 AI 网络架构发生了一些变化，变化主要来自两方 面：

1) IB 网络渗透率逐渐提升。InfiniBand 意为无限带宽，是一种高性能计算网络通信标 准，相对于过去广泛应用的以太网来说，最大的特点来自与其低延时性能，原因来自 该协议采用了 RDMA 技术，该技术允许网络接口直接访问内存数据、无需操作系统内 核介入。AI 模型训练作为高性能计算业务，非常强调低时延高速率，从而使得 IB 网 络随着 AI 需求的增加而渗透率逐渐提升。

2) 胖树架构被引入 AI 作为主要拓扑结构。网络架构自 1876 年电话被发明之后就一直在 演进，先后分别经历了人工交换机、步进制交换机、纵横制交换机等多个阶段，随着 用户数量急剧增加、网络规模快速扩大，基于 Crossbar 模型的纵横制交换机在能力 和成本上已经无法满足要求。随着 CLOS 网络模型的诞生，加之 2000 年之后互联网需 求崛起、大量数据中心拔地而起，胖树（Fat-tree）架构被引入数据中心，但这种架 构因其网络带宽无收敛（也就是每个层级的带宽都保持一致），导致带宽会存在一定 的浪费，因此三层的胖树型架构逐渐被 2013 年提出的二层叶脊（Spine-Leaf）架构 给取代。而当前我们看到 AI 训练网络中胖树架构又被再次引入，如英伟达 DGX A100 SuperPOD 和 DGX H100 SuperPOD 网络拓扑结构均采用 IB Fat-tree。

我们认为 AI 带来的两个变化，对于 PCB 板来说更关键的是胖树架构被应用到 AI 训练网络 中，这样的网络架构设置必然意味着整个网络的总带宽是较大的，因为胖树架构存在三层 网络、无收敛带宽的特征使得每层网络的带宽都保持一样大，这相较有一定收敛比的叶脊 网络，整个网络的硬件配置性能会更高；并且我们从英伟达 DGX H100 SuperPOD 推荐的 NVIDIA Quantum QM9700 Switch的参数可知，网络节点中的单点设备已经应用单端口400G、 总吞吐量 51.2Tb/s 的高性能交换机，可见整个 AI 训练网络的配置总带宽将显著高于普通 网络，PCB 作为承载数据传输和交换的物理硬件，其整体价值量随总带宽的提升而提升的 趋势明确。

3.2、供给端争相推出 51.2T 交换芯片，交换容量提升打开高端 PCB 空间

与服务器类似的，交换机也存在芯片迭代升级所带来的 PCB 升级趋势，其逻辑在于交换机 中交换单元板承担的数据交换容量是整个交换机性能的关键所在，而交换容量越大，单块 PCB 板上数据量也就越大，也就会使得 PCB 板的层数和 CCL 材料等级更高，PCB 价值量自 然也会提升。而决定单个交换机交换容量的关键在于交换芯片，也就是说芯片供给端的研 发进程将会影响高性能交换机渗透节奏。 从交换机设备和交换机芯片格局情况可以看到，交换机市场格局非常集中，主要厂商包括 思科、Arista、华为、HP、H3C、Juniper 以及白牌组装厂，当然在 AI 领域交换机厂商还 包括英伟达（收购 Mellanox），其中除了思科、华为、Juniper 和英伟达之外，其他厂商 主要采用博通、美满、瑞昱、德州仪器等厂商的商用芯片。在这样的格局下，我们观察到 主流厂商在 2022~2023 年都分别推出了单芯片交换容量达到 51.2T 的交换芯片，如思科在 2023 年 6 月发布 SiliconOne G200、博通在 2022 年 8 月推出 Tomhawk5、美满在 2023 年 3 月推出 Teralynx10、英伟达分别推出针对以太网的 Spectrum-4 和针对 IB 网的 QM9700, 可见交换机供给端正在全面迈向 51.2T 的高性能产品，有望倒逼需求应用端升级。

交换芯片升级使得单设备容量提升，从而也会使得 PCB 的规格提升，根据产业链信息， 3.2T/6.4T 的交换机芯片（一般对应端口最大速率为 100G）对应的交换单元板会用到 14~16 层板 PCB、Very Low Loss 等级的覆铜板，而 51.2T 的交换机芯片（一般端口最大速率为 800G）对应的交换单元板会用到 34~40 层 PCB、Super Ultra Low Loss 等级的覆铜板，这 种层级的 PCB 已经算是整个行业非常高端的规格了，可见交换机升级将为高端 PCB 打开市 场空间。

3.3、高速高容量交换机快速成长，测算可得交换机 PCB 至 27 年空间超 14.9 亿美元

根据 IDC 的预测，我们也能够看到高速交换机端口正在快速增长，以 200G/400G 产品为高 度交换机端口代表，其 2021~2023 年复合增速显著高于其他速率端口；从对未来的展望来 看，200G/400G 产品 2022~2027 年预期复合增速也显著高于其他速率端口，至 2027 年 200G/400G 产品在整个交换机端口市场中将占到 24%，成为最大的细分领域。

我们根据 IDC 的交换机市场数据，结合锐捷网络、三旺通信招股说明书所披露的电路板在 原材料的占比，按照“PCB/交换机市场=PCB/交换机原材料*交换机原材料/交换机营业成 本*（1-交换机厂商毛利率）”公式，我们计算可得 PCB 占交换机市场比例约为 3%（锐捷 网络平均值为 4%，三旺通信平均值为 2%，二者平均为 3%），我们计算可得至 2027 年全球 400G 及以下端口速率的交换机 PCB 市场为 14.9 亿美元，考虑到 IDC 未披露 800G 及以上 端口速率的远期市场规模，因此我们认为交换机 PCB 远期市场还将更为广阔。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）