全球PCB产业持续发展,服务器是其重要的应用领域
PCB 是电子产业链中承上启下的基础力量。PCB 即印制电路板,利用板基绝缘材料隔绝表面的铜箔导电层,代替复杂的布线,实现各元件之间的电气连接和电绝缘,是电子元器件电气连接的载体。由于 PCB 具有良好的产品一致性,它可以采用标准化设计,有利于在生产过程中实现机械化和自动化,同时,整块经过装配调试的印制线路板可以作为一个独立的备件,便于整机产品的互换与维修。广泛应用于各类电子产品,包括通讯、消费电子、汽车电子、工控、医疗、半导体封装等领域。
根据观研报告网发布的《中国服务器行业发展现状分析与投资前景研究报告(2023-2030年)》显示,PCB 产品品类众多,可按基材材质、导电图形层数、技术工艺和应用领域等多种分类方法。根据基材材质柔软性,PCB 可分为刚性板、柔性板、刚挠结合板。其中刚性板以铜箔的层数为依据又可分为单/双层板、多层板。多层板中按技术工艺维度可分为 HDI 板与特殊板(包括类载板、封装基板、背板、厚铜板、高频板、高速板等)。当PCB 的密度增加超过八层板后,以 HDI 来制造,其成本将较传统复杂的压合制程要低。
PCB 板广泛应用于包括通信、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制、军事、航空航天、医疗器械等领域。据统计,2022年全球 PCB 市场规模约817亿美元,从下游应用领域看,第一大应用为通讯领域,其次是计算机行业,再次是消费电子领域。
资料来源:Prismark,观研天下数据中心整理
资料来源:Prismark,观研天下数据中心整理
近年来,PCB朝着微型化、轻便化和多功能方向发展,如在消费电子领域,受智能手机、平板电脑等不断向小型化和功能多样化发展,PCB 上需要搭载更多的元器件并不断缩小尺寸。
在计算机和服务器领域,在高速高频的 5G 时代和 AI 浪潮下,通信频率和传输速率大幅提升,PCB 需高频高速工作、性能稳定、可承担更复杂的功能,满足低介电常数、介质损耗因子和低粗糙度的技术指标要求。目前服务器/存储器需要六至十六层板和封装基板,高端服务器主板层数在十六层以上,背板层数超过二十层,未来随着服务器的需求要求提高,PCB 的技术水平还需不断升级。
ChatGPT引爆AI服务器,对PCB提出新的技术升级需求
从硬件组成细分,AI 服务器采用异构形式服务器作为计算来源,主要内容包括 CPU+GPU、CPU+FPGA、CPU+ASIC等异构形式,优点在于其可以根据实际需求调整计算模块结构的灵活性。数据显示,2022 年中国 AI 市场 GPU 占据 89%的市场份额。市场中种类较多的是 CPU+GPU,GPU 数量单元丰富和流水线较长,擅长梳理图形渲染,可以有效满足 AI 的大规模并行计算,在 GPU+CPU 的运算中,GPU 和 CPU 共享数据效率高,任务以极低的开销被调度到合适的处理器上,不需要内存拷贝和缓存刷新。CPU 多个专为串行处理而优化的串行部份,GPU 有大规模的小核心运行程序的并行部分、是高度算力的基础,二者的结合有利于充分发挥协同效应。AI 服务器能够有效满足深度学习、神经网络的计算要求,AI 服务器对 AI GPU 的应用,有效支持卷积、池化和激活函数等多重矩阵运算,很大程度上提高了深度学习算法的计算效率,助推算力的提高。
各类服务器发展情况
资料来源:公开资料整理
进入2023年以来,ChatGPT 目前在各种专业和学术基准上已经表现出人类水平,发布后推出 2 个月后用户量破亿。同时,国内百度“文心一言”、阿里“通义千问”等一系列中文大模型也陆续推出。人工智能架构中,芯片层为整个架构提供算力基础支撑,每一次大模型的训练和推理对芯片提供的算力基础提出要求。历代 GPT 的参数量呈现指数级增长,随着 AI 的进一步发展,算力的需求将持续扩张,将持续带动高性能的计算芯片的市场需求,目前服务器龙头 Intel 已经逐步出货针对 HPC 和人工智能领域的服务器产品,在 AI 方面即可实现高达 30 倍的性能提升,并且在内存和接口标准上进一步过渡到 DDR5 和 PCIe 5.0 等行业领先水平。
资料来源:观研天下数据中心整理
PCB 是服务器内各芯片模组的基座,负责传递服务器内各部件之间的数据信号以及实现对电源的分布和管理,对于芯片的集成性、稳定性、抗干扰能力和散热能力等起到了决定性作用,对服务器的性能有极大的影响。随着芯片性能的不断提升,PCB 作为芯片基座和信号传输通道,不仅需要为芯片提供更高的基础度和稳定性,针对性的升级改革以满足增加的 GPU 模块对针脚数和对显存颗粒需求,还需要处理更多的信号和电源路径以及在传输中提高信息传递质量,减少信号干扰并且增加散热以及电源管理能力,未来服务器的性能不断提升,PCB 板也需同步升级。
根据预测,2025 年全球 AI 服务器的市场规模会达到 318亿美元,将会带动PCB行业需求大大增加。
AI服务器给PCB带来的变化
资料来源:公开资料整理
大陆是主要PCB生产基地,多厂商布局AI相关PCB产品
中国 PCB 产值占比过半,是全球 PCB 产业中心。2016 年以来,我国大陆 PCB 产值规模在全球的比重保持在 50%以上。随着 PCB 产业转移的深化,我国 PCB 产值规模比重将进一步提升。
资料来源:CINNO,观研天下数据中心整理
资料来源:CINNO,观研天下数据中心整理
在PCB产业持续转移到中国大陆后,经过长期耕耘和投入,目前国内各大 PCB 厂商都已经取得一定的技术成果,在各细分领域形成了自身的竞争优势与议价能力。沪电股份、深南电路、生益电子等厂商供给产品的最高层数可达到 40 层,深南电路背板样品采用材料混压、局部混压等工艺,最高层数可达 120 层,批量生产层数可达 68 层,处于行业领先地位。沪电股份与深南电路目前都已具备 Eagle Stream服务器 PCB 产品的批量生产能力,可适配服务器龙头厂商 Intel 的生产需求。在高端服务器领域,其他厂商也在积极布局,鹏鼎控股研发新技术包含云端高性能计算及 AI 服务器主板技术等,崇达技术和胜宏科技的针对高端服务器的相关产品都已陆续出货应用。未来,随着各大厂商的持续技术研发,国内 PCB 产业技术水平能持续提升。
国际地缘政治冲突加剧等复杂动荡的外部环境促使下游厂商积极推进国产化进程。浪潮在AI服务器领域市占率位居全球第一,百度是其重要客户。随着国内人工智能领域需求的高涨,国产PCB厂商积极推进AI服务器相关产品的研发,高多层板领域沪电股份的EGS级服务器产品已规模化量产。
国内PCB厂商AI服务器相关产品进度
厂商 |
产品 |
AI服务器相关进度 |
沪电股份 |
多层板 |
EGS 级服务器产品已规模化量产;HPC 领域,应用于 AI 加速、Graphics 的产品,应用于 GPU、OAM、FPGA 等加速模块类的产品以及应用于 UBB、BaseBoard 的产品已批量出货,目前正在预研应用于 UBB2.0、OAM2.0 的产品;在高阶数据中心交换机领域,应用于 Pre800G(基于 56Gbps 速率, 25.6T芯片)的产品已批量生产,应用于 800G(基于 112Gbps 速率, 51.2T 芯片)的产品已实现小批量的交付 |
HDI |
基于数据中心加速模块的多阶 HDI Interposer 产品,已实现 4 阶 HDI 的产品化,目前在预研 6 阶 HDI 产品,同时基于交换、路由的NPO/CPO 架构的 Interposer 产品也同步开始预研 |
|
胜宏科技 |
多层板 |
平台服务器主板小批量试产;服务器硬盘用高频主板试样中 |
深南电路 |
多层板 |
配合主要客户完成新一代平台服务器 PCB 研发,进入中小批量供应阶段 |
生益科技 |
覆铜板 |
取得海外头部服务器供应商材料入库,并随芯片发布取得批量性订单落地 |
景旺电子 |
多层板 |
珠海高多层和高密度板项目已于 2021 年投产,项目建成后将丰富公司的高端制造产品线 |
崇达技术 |
多层板 |
完成 AI 服务器用电路板生产方案及工艺参数优化,以推进车载 AI 服务器用电路板产品开发 |
资料来源:公开资料整理(YM)
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