从3层到20层“电子工业之母”迎来发展新机遇
2024-05-24 13:20:34软板装配

  随着ChatGPT出圈、AI爆火,被看涨的AI服务器需求为持续低迷的PCB市场注入活力。

  素有“电子工业之母”之称的PCB是服务器的重要组成部件,承担服务器芯片基座、数据传输和连接各部件功能。随着当下人工智能(AI)行业快速地发展,令应用在AI服务器上的高价值量PCB商品市场需求大幅提升。

  AI服务器对芯片性能及传输速率要求更高,常常要使用高端的GPU显卡以及更高的PCIe标准,带动AI服务器PCB价值量显著提升。由于AI服务器芯片升级,PCB也需相应地进行升级,不仅层数提升,而且要求传输损耗降低、设计灵活度增强、抗阻功能更佳,这也让AI服务器PCB的价值量大幅度的提高,相当于普通服务器PCB的5倍至6倍。相关厂商在面对产品的质量更高标准的同时,也迎来新的发展机遇。

  PCB新发展机遇主要源自市场对AI服务器持乐观预期。TrendForce集邦咨询预估,2023年AI服务器(包含搭载GPU、FPGA、ASIC等)出货量近120万台,年增幅38.4%,占整体服务器出货量的近9%,至2026年将占15%,同步上修2022—2026年AI服务器出货量年复合成长率至22%。而AI服务器PCB价值量是普通服务器的价值量的5-6倍。

  随着AI大模型和应用的落地,市场对AI服务器的需求日益增加,市场扩容在即。以DGXA100为例,15321元的单机价值量中,7670元来自载板,7651元来自PCB,因此在服务器PCB上具有较好布局的厂商有望率先受益。

  电子产品如果出现标杆性的产品,那么全市场的玩家在产品设计上就会向标杆看齐,以英伟达 DGX A100和DGX H100两款具有标杆性产品力的产品做分析,可以了解PCB板在AI服务器中的地位。英伟达DGX A100 外形类似于常见的家用主机,通过对部件构成进行深度分解,其大体上可大致分为五个硬件板块:

  1.风扇模组,从前部(Front)入手,首先看到的是风扇模组板块,DGX A100 的风扇模组由 8 个风扇组成,这一搭配与传统服务器 8U 规格的基本一致;

  2.硬盘,前部风扇模组板块的下方摆放了硬盘和前控制台板(控制与外接设备的信号传输),DGX A100 配备了 8 个 3.84TB 的硬盘,合计内部存储 30TB;

  3.GPU 板组(GPU Board Tray), 后部(Rear)是整个 AI 服务器的关键组件组装区域,最核心的板块就是 GPU 板组,这也是 AI 服务器区别于普通服务器的关键,从 DGX A100 的架构来看,GPU 板组主要包含 GPU 组件、模组板、NVSwitch 三块,这三块都会涉及不一样的 PCB 产品;

  4.CPU 母板组(CPU Motherboard Tray),这一部分是所有服务器的核心部件(包括普通服务器和 AI 服务器),其中包含 CPU 母板、系统内存、网卡、PCIE Switch 等部件,CPU 母板、系统内存、网卡是主要涉及 PCB 用量的部分;

  5.电源模组,DGX A100 后部的下方还配有 6 组电源,电源内部会涉及厚铜 PCB 板的使用。

  从功能性的角度,AI服务器的 PCB 价值量计算可以归纳为三个部分,其一是AI服务器最为核心的GPU板组,其二是所有服务器都必备的CPU母板组,最后是风扇、硬盘、电源板块等配件组。

  综合 GPU 板组、CPU 模板组和配件,国金证券半导体团队曾估测DGX A100 整机PCB 用量面积为1.474 平方米,单机价值量为 15321 元,其中GPU板组单机价值量达到1.2 万元、占比达到 80%,CPU 母板组单机价值量为 2845 元、占比为 19%,其他配件单机价值量 226 元、占比为 1%;从板级的分类来看,载板级别单机价值量为 7670 元、占比达到 50.1%,PCB 板级单机价值量为 7651元、占比为 49.9%。

  显然,PCB板作为AI服务器的重要组成部分,完全有机会受益于AI服务器的快速崛起,打开新一轮成长空间。

  AI服务器里需要更高算力、更高速度、更大容量去传输的PCB板,基于此,材料的要求也会更高,具体到不同厂家,产品设计上可能会有差异。从内部结构来看,其实AI服务器和普通服务器的板子和部件也会有相通用之处,前者可能是在部分的器件或板件上有更加高的要求,并非要对全部器件进行升级换代。

  相较传统服务器,AI服务器除了搭载2或4颗CPU之外,最重要的是需增配4至8颗GPU,以形成GPU模组板,加上当前主流AI服务器均采取双层架构,使得PCB板面积需求大幅度的提高,如SLP、高阶HDI、高频高速PCB等,也在低迷的行业周期中带来暖意。

  PCB板层数是技术更迭最明显的细节,目前PCIe 3.0一般为8-12层,4.0为12-16层,而5.0平台则在16层以上,AI服务器更有使用20层以上的,因此其搭配使用的CCL材料等级亦需达到非常低的损耗,对应的介质损耗因子Df值需要降至0.006-0.005甚或更低。而AI服务器PCB的层数,从Whitley平台的12层左右,增长到AI训练阶段服务器的20层以上。

  此外,AI服务器PCB对设计灵活性、抗阻性也提出了更加高的要求。而PCB板对更高性能的追求,也推动PCB基材的更迭。以最常见的铜板基材为例,从强调环保的无铅兼容覆铜板基材到属基(芯)覆铜板、陶瓷基覆铜板、高介电常数板等具有特殊功能的覆铜板,整个PCB市场产品和技术更迭速度明显在变快,附加值高、应用领域广的产品渐渐成为主流。

  PCB行业的下游应用领域十分普遍,受单一行业影响较小,故较为分散,厂商众多,市场集中度不高,市场充分竞争。近年来,我国已成为全世界最大的PCB生产地区,并且由中低端向高端方向迭代升级态势显著。

  从技术工艺上看,中国PCB企业在研发技术上的投入进一步增加,聚焦高密度互连板(HDI)以及高速高频多层板的技术攻关。从产品结构来看,中国PCB市场上8-16层多层板、18层以上超高层板逐渐代替低阶产品,成为市场主流。PCB高端产品的需求增速要快于基础产品,且我国企业的替代空间更大。

  电子半导体行业的专业咨询公司Prismark预测的2021—2026年各PCB产品产值增速中,IC封装基板〉HDI〉软板〉多层板〉单双面板。而深南电路、兴森科技、珠海越亚、东山精密、胜宏科技等国内PCB厂商加大IC载板项目投建力度,有望成为该领域直接成像设备的国产化通道。未来若能凭借自身优势切入国内IC载板投建项目供应链,预计国产化率将获得可观提升。

  根据Prismark方面的数据,2022年至2027年全球PCB产值复合增长率约为3.8%,2027年全球PCB产值将达到约983.88亿美元。我国各大PCB厂商在各细致划分领域形成了自身的竞争优势与议价能力,2022年中国PCB产业总产值达到442亿美元,占全球的54.1%。各厂商紧抓AI服务器PCB赛道的发展机遇,有望进一步巩固我国在PCB产业的主导地位。

  伴随数字化的经济、6G、人工智能等产业在今年相继爆发,PCB行业有望迎来需求高景气,但这并非绝对的。

  今年一季度末,国内半导体有名的公司沪电股份曾在年报中指出,出于对全球通货膨胀和经济衰退等因素的担忧,面对全球经济前景疲软,展望2023年PCB行业或将面临需求疲软、高库存调整、供过于求和激烈竞争的挑战,多重因素的冲击恐将大幅抑制2023年上半年PCB行业的新增需求,直到2023年底和2024年的经济发展形势复苏。

  而在中低端PCB板市场,不少PCB板厂商都在降价抢单以去库存。包括曾“一货难求”的车用微控制器(MCU)等在内的车用关键元器件也未“幸免”。厂商近期针对车用PCB产品陆续降价10%至15%策略抢单,降价幅度于近年罕见。从这里看,未来PCB市场整体难免动荡,争夺高景气细分市场话语权,将成为各企业成长的关键。

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