2024年AI行业专题报告：铜互联，数据中心通信网络重要解决方案

1 数据中心网络架构加速向高速率带宽迭代

大模型及应用对算力基础设施要求较高，需要稳定、高效、安全的数字基础设施 来支持其完成生成、存储、传输的整个交互过程，随之带来了对计算能力前所未 有的需求。根据中国智能算力产业联盟数据，在 AIGC 的驱动下，对 AI 算力的 需求呈指数级增长，大约每 1-2 个月翻一番。

数据中心设备间互联成为制约数据中心整体系统算力提升的瓶颈，通信网络带 宽速率提升势在必行。以历代 PCIe 协议为例，2003 年 PCIe1.0 发布，单通道传 双向带宽为 500MB/s，传输速率为 2.5 GT/s；目前最新的 PCIe 6.0 规范于 2021 年发布，传输速率提高至 64 GT/s，根据 PCI-SIG 发布的技术路线图，2025 年预 期将发布的 PCIe 7.0，最大数据速率将达到 128.0 GT/s，通过 16 通道提供高达 512GB/s 的双向传输带宽。

以 InfiniBand 为例，自 2002 年起，SDR 正式发布，可支持的每通道传输速率仅 为 2.5 Gb/s，此后协议持续升级，2023 年 XDR 发布，每通道传输速率为 200 Gb/s, 将在 2025 年发布的 GDR 每通道传输速率提升至 400 Gb/s，4 通道速率将 达到 1.6Tb/s 水平。

2 短距通信场景铜互联相对优势明确

铜连接产品在数据中心高速互联中一直扮演着重要角色，特别是在服务器内部 和 Server-Top of Rack 的短距离传输场景下，铜连接对于散热效率和信号传输以 及成本方面有着显著的优势。因此铜互连仍是当下以及未来许多应用中最具成本 效益的解决方案。

根据 Light Counting，全球无源直连电缆 DAC 和有源电缆 AEC 的市场规模将分 别以 25%和 45%的年复合增长率增长，在全球范围内，大型人工智能集群以及 长距离的型号传输主要依赖光通信，而较小的数据中心系统仍将主要使用电缆。

2.1 数据中心能耗攀升，铜互联拥有低功耗优势

数据中心总耗电量持续高速增长，在全球范围内，根据国际能源署 (IEA)的数据 可知，2022 年全球数据中心的耗电量为 460TWh（相当于全球总用电量的 2%），2026 年可能会升至 1,000TWh 以上。根据工信部数据，截至 2022 年底， 我国在用数据中心机架规模达到 650 万标准机架，2022 年，我国数据中心总耗 电量达到 766 亿 kWh，占全社会耗(86372 亿 kWh)的 0.9%。

数据中心功率密度和端口功率快速提升。根据华为数据，随着算力和带宽的快速 升级，数据中心单机柜的功率密度每五年翻一番，单端口功率随速率代际翻一 番，数据中心的能耗呈现指数型增长，降低单位算力能耗趋势明确。

2010 年至 2022 年间，交换机芯片带宽容量从 640 Gbps 增长到了 51.2 Tbps，80 倍的带宽增长带来了 22 倍的系统总功耗提升，其中光学元件功率（26 倍）的功 耗提升尤为明显。

铜缆互联由于不涉及光电转化，因此具有低功耗特点，相比于有源光缆 （AOC），目前的铜直接连接电缆（DAC）的功耗小于 0.1 W，可以忽略不计，有源电缆（AEC）亦可将功耗控制在 5w 以内，可在一定程度上降低算力集群整 体功耗。

2.2 数据中心建设成本高企，铜互联拥有降本优势

全球云厂商龙头资本开支保持高增速，今年 Q1 以来部分云厂商持续上调全年 Capex 支出预期，同时各大厂商均表示 2024 年 Capex 的主要投入将用于 AI 业务 相关建设。

AI 数据中心建设成本大幅提高，根据 Dell’Oro，一台 AI 加速服务器相较于传统 服务器物料成本大幅增长，除了新增的 GPU 以外，其他通信、存储、电源、组 装相关成本均大幅提升。

成本考量下铜互联性价比突出。在铜缆可触达的高速信号传输距离内，相比光纤 连接，铜连接方案的成本较低，此外，铜缆模组在短距离内可以提供极低延迟的 电信号传输并具有高可靠性，不会出现光纤在某些环境下可能出现的信号丢失或 干扰风险。同时，铜缆的物理特性使得它更易于处理和维护，并且其具有高兼容 度并不需要额外的转换设备。

2.3 行业龙头先行，大量采用铜互联

英伟达于 2024 年 3 月发布最新一代 Blackwell 架构 GPU，在专为 AI 和高性能计 算任务设计的数据中心服务器架 NVIDIA GB200 NVL72 大机柜中采用了大量的 铜连接方案，主要用于连接机柜内的 GPU 和 Switch，确保数据在不同处理单元 间的迅速和准确传输。

GB200 NVL72 采用机架级设计，可连接 36 个 Grace CPU 和 72 个 Blackwell GPU，与上一代 H100 相比 GPU 快 6 倍，为 1.8T 参数 GPT-MoE 等资源密集型 应用提供了 30 倍的加速，在相同功耗下提供 25 倍的性能。性能提升、成本降 低的关键是铜缆的运用，机器背面共有约 5000 根 NVLink 电缆，总长度达 2 英 里。如果使用光传输，就必须使用光模块和 retimer，这两个器件仅仅驱动 NVLink 主干就耗电 20kw，而铜缆连接方案整个机架耗电 120kw，20kw 的差异 使得整个方案得以优化。

预计采用 Blackwell 平台产品的厂商众多，包括 AWS，Google，Meta， Microsoft，OpenAI，Oracle，Tesla 等。2024 年 3 月 18 日 Microsoft 宣布将 NVIDIA GB 200 引入 Microsoft Azure；Google 宣布采用新的 NVIDIA Grace Blackwell AI 计算平台以及 Google Cloud 上的 NVIDIA DGX Cloud 服务。 Oracle 宣布在 OCI 超级集群、OCI 计算和 NVIDIA DGX Cloud on OCI 中采用 NVIDIA Grace Blackwell 以建立数字主权并管理专有的国家和个人数据。

3 顺应趋势，高速铜缆持续升级

目前铜缆模组主要分为 DAC，AEC，ACC 三种。其中 DAC（Direct Attach Cable）无源直连铜缆两端是简单的电缆连接器，成本较低；AEC（Active Electrical Cable）和 ACC（Active Copper Cable）均为有源电缆，相比无源 DAC 传输距离更长。

3.1 高速率向 224Gbps 迭代

随着数据中心 400G 和 800G 速率网络成为主流，1.6T 升级趋势明确，目前主流 用于通信领域的 Serdes 速率在 56G 和 112G，在即将到来的 224G 时代，数据中 心通信单端口速率将基于 4 通道达到 800G，8 通道达到 1.6T，成本有望大幅下 降。与之对应的铜连接单通道速率也向着更高的 112Gbps 和 224Gbps 演进。

英伟达伴随 Blackwell 架构发布的最新一代 NVLink Switch 芯片，支持 72 个端 口，每个端口规格为 2 通道，单通道 200Gbps，单颗 Switch 芯片最大支持 7.2TB/s 的双向带宽，并直接驱动铜缆模组实现高速互联。

3.2 芯片+芯线工艺降低传输损耗

电连接在向更高传输速率演进的过程中，信号的多电平脉冲幅度调制是相对明确 的趋势，以目前高速信号主流采用 PAM4（4-Level Pulse Amplitude Modulation） 信号技术为例，比传统 NRZ（Non-Return-to-Zero）信号多了两个电平，在相同 符号周期内，PAM4 信号的比特速率是 NRZ 信号的两倍。

而 PAM4 信号电压电平之间的间隔较小因此更容易受到外界环境（尤其是噪声） 的干扰，因此在传输距离和散热方面存在挑战，以 DAC 为例，在 400G 速率下 使用距离通常小于 3 米。

ACC 和 AEC 通过内置信号增强芯片确保更长距离的高速传输。其中 ACC 一般 通过 Redriver 芯片在 Rx 端通过 CTLE 均衡调整增益实现放大信号；而 AEC 通 常使用 Retimer 芯片在放大和均衡 Tx 和 Rx 端信号同时还会在 Rx 端重新做信号 整形。相较于 DAC，ACC 和 AEC 由于内置信号增强芯片，因此在铜缆的选择 上可以采用较为轻薄、线径较小的芯线，一般可以采用 32 AWG 以下的铜缆。

ACC 有源线缆一般需要在接收端内置均衡器，均衡器产生与信道特性相反的特 性，用来减小或消除由于码间干扰引起的信号失真，以达到更长距离的有效信号 传输。

伴随铜缆模组产品升级，高速线缆工艺要求进一步提升。高速线缆生产一般包 括绝缘芯线押出、平行对绕包、平行对成缆、线材编制、线材外被押出以及成品 测试 6 大工序。线缆向高速率升级过程中，对于线缆各项工艺也提出更高要求， 比如更少的芯线表面损伤，单线缆包含更多的平行对以及更好的对于信号串扰屏 蔽等。

4 重点公司分析

顺应数据中心通信网络架构升级，铜连接模组向着更高带宽速率演进的同时，在 短距通信场景下的低功耗，低成本等方面有着出色表现。同时伴随行业龙头英伟 达新一代 Blackwell 架构芯片产品以及 NVL36/72 解决方案逐步上量，其 GPU 之 间以及柜内连接采用的高速铜缆连接方案有望成为数据中心硬件通信的核心解决 方案之一，相关供应链有望随之迎来增长机遇。 安费诺（Amphenol）作为英伟达重要供应商，是全球领先的高速互连解决方案 厂商，安费诺拥有多个基于单通道 224G 速率解决方案，包括 Paladin， OverPass，UltraPass，ExtremePort，UltraPort 等线端、板端连接器以及配套线缆 平台，可支持数据中心系统内多个芯片及设备间的 224G 高速直接互联。

泰科（TE Connectivity）提供全球领先 AI 和数据中心的 224G 解决方案。TE 224G 产品组合通过设计准芯片级和封装电缆解决方案，提高了覆盖范围，降低 了插入损耗，通过优化阻抗，TE 224G 改善了回波损耗并减少了串扰，从而提高 了带宽性能，支持 QSFP、QSFP、SFP、SFP-DD、OSFP-XD、QSFP-DD、CDFP 等一系列连接器、壳体和电缆组件等产品。

莫仕（Molex）提供支持数据中心纵向、横向扩展架构的全面产品系列，公司 224G 产品和解决方案组合涵盖板对板、背板、线端连接器，以及 OSFP 1600、 QSFP 800、QSFP-DD 1600 等线缆模组产品。

Credo 在 SerDes 架构、AEC 有源电缆、线卡 PHY、DSP 等领域拥有全球领先的 技术实力，公司 HiWire 有源电缆 (AEC) 现有产品通过内置 retimer，gearbox, PCS, 以及 FEC terminations 可支持 100G 到 1.6T 速率传输，距离涵盖从 0.5 米至 7 米的短距和中距信号传输。

Astera Labs 专注于数据中心连接解决方案，公司借助自身 PCIe Retimer 产品的 深厚技术积累，在有源电缆 AEC 领域推出 Taurus 系列电缆模块，可实现使用线 径更小的铜缆芯线在长达 7 米的范围内完成有效传输，目前产品涵盖 200G 至 800G 速率。

Macom 提供高性能 Linear Equalizer 用于以太网、InfiniBand 的高速铜连接，支 持 50 G 至 1.6T 铜缆组件，可支持每通道高达 112 Gbps 的数据速率。公司最新 的 MAEQ-40904 四通道 113.5GBaud (227Gbps) PAM4 线性均衡器，通过单通道 信号增强高达 16dB 来扩展 ACC 传输距离。

先科电子（Semtech）最新发布的 Copper Edge GN8112 四通道 112Gbps PAM4 线性均衡器，用于使用铜缆和背板互连的下一代 400G (4x100G) 和 800G (8x100G) 数据中心互连，GN8112 可以将铜缆在 112Gbps PAM4 数据速率下的 ACC 传输距离延长至 5 米。

立讯精密在数据中心高速互联领域，协同头部厂商共同制定 800G、1.6T 等下一 代高速连接标准。公司在铜连接方面已基于自主研发的 Optamax 散装电缆技 术，开发了 112G PAM4 DAC、112G PAM4（ACC），另外公司基于 OSFP224G 连接器样品初步 SI 测试数据已完成，同时研发 224G 互联解决方案。英伟达 GB200 NVL72 单柜整套可以提供约 209 万元的解决方案，包含电连接、光连 接、电源管理、散热等产品，预计大机柜产品可触达总市场规模将达到千亿元。

鸿腾精密（FIT）专注于电子及光电连接器、天线、电声器件等领域，FIT 在 2024 DesignCon 发布其 224G 高速 I/O 产品，采用 Synopsys 224G PHY IP。另外 高速率传输领域公司持续投入研发，曾开创性的推出直连芯片接触点和跳线的高 速连接器，有效消除信号损失，缩短芯片和连接器之间的路径，最大化传输效 率。

兆龙互连的高速 DAC、ACC 产品涵盖从 10G 到 800G 速率，包括 SFP56/SFP112/QSFP56/QSFP112/QSFP-DD 400/QSFP-DD 800 以及 OSFP 800(DAC)等多种封装，广泛应用于存储区域网络、数据中心和高性能计算机连 接，可大幅降低数据中心建设运维成本及制冷能耗。

金信诺在高速裸线方面公司积累了独特的信号稳相、ePTFE 绝缘、单通道双屏蔽 等核心技术；高速组件及连接器方面公司产品应用于 Birch Steam 平台(pcie5.0)已 实现大批量稳定交付国内外一流客户，同时公司已基本开发完成匹配英特尔下一 代平台 Oak Stream（pcie6.0）的相关产品。在交换机侧，公司已完成 800Gbps （QSFP-DD ＆ OSFP）相关产品的开发，目前正在研发下一代 1.6T 224Gb/s 相 关产品。

神宇股份高速数据线传输线产品主要包括 USB4.0、Thunderbolt4、光电复合线、 DAC 高速数据线等。公司在高频率数字信号传输极细同轴电缆、平行高速传输 线缆等一系列技术持续投入研发。

中航光电连接器产品目前已形成了不同节点排列、不同传输速率的产品谱系，高 速线缆模组领域，公司具备内部标准 I/O、外部标准 I/O、近封装 NCP 模组、高 速背板模组等多种接口类型，最高传输速率达到 112Gbps，可支持 800G AI 数据中心互连系统的传输需求，同时公司积极布局新一代高速应用场景，谋划开展新 产品的开发和研制。

鼎通科技在高速通讯连接器及组件领域主要布局包括：高速背板连接器组件和 I/O 连接器组件，按工艺可分为精密结构件和壳体（CAGE）。公司持续与直接客 户（如莫仕、安费诺、泰科电子等）拓展产品品类，着力开发 QSFP112G 和 QSFP-DD 等系列产品并对散热器部件不断进行优化，目前公司产品单通道速度 的需求现已达到 112G。

华丰科技在通讯类产品聚焦背板连接器、电源连接器、射频连接器、线缆组件等 产品技术，公司高速背板连接器产品传输速率已达 112Gbps，目前正在持续开发 优化 224Gbps 产品。

沃尔核材在高速通信线方面子公司乐庭智联生产的高速通信线主要应用于数据中 心、服务器、交换机/工业路由器等的数据信号传输，目前 400G 高速通信线已完 成稳定量产，800G 高速通信线已完成多种规格的产品开发，该系列产品线材柔 软、线径小，具有高频、高传输速度的性能，部分规格已通过客户验证并小批量 供货。

新亚电子传输线缆系列包括 DIIUA、DISPLAYPORT、MHL、QSFP28、 HDMI1.3、E-SATA、SAS3.0&SAS4.0、USB3.0 等，其中 QSFP28 采用镀银铜线 作为导体，绝缘体采用 FEP 或 PE 或 PE+skin 以提升数据传输效率，并广泛应用 于服务器存储、以太网、高性能计算、云计算中心、交换机等场景。

精达股份子公司恒丰特导深耕高速连续电镀银、电镀镍、电镀锡工艺技术，高速 电解除油处理技术、电镀电解除氧化技术、高速电解预镀技术、高速电解主镀技 术及高速电解后处理技术。电镀时，严格控制各类电解药水的成分，防止因导体 油污、氧化而导致的电镀结合率差。本工艺的实施，可使最终获得的电镀导体镀 层组织细小、均匀、致密，有助于综合提高产品性能。

方邦股份铜箔产品包括带载体可剥离超薄铜箔、复合铜箔、标准铜箔等。其中复 合铜箔主要由 PET（或 PP）铜箔结合而成，可应用于高速电缆，起到屏蔽功 能。其中 PET 复合铜箔铜厚 1-1.5μm，拉伸强度超过 30kg/mm²，延伸率实现大 于 5%。目前公司持续推进下游测试认证工作，并在高频高速电缆屏蔽领域已取 得小批量订单。

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