基础化工行业深度报告:AI算力“热路”与“电路”的铜材升级,从“有铜就行”升级为“高端铜材决定系统上限”(附下载)
AI 算力芯片与机柜功率正以前所未有的速度攀升。英伟达GPU 从A100 的400W 跃升至GB200 的1000W，下一代Rubin 架构更将突破2300W；Intel CPU的TDP 亦从150W 提升至385W。机柜层面，GB200 NVL72 单柜功率已达132kW，GB300 升至154kW，预计2027 年后Vera Rubin 架构单柜将超600kW。
当单柜功率突破100kW，传统风冷的可行空间已显著收缩，液冷或将成为支撑超高密度算力的选择。TrendForce 预计，AI 数据中心液冷渗透率将从2024 年的14%快速提升至2025 年的33%及2026 年的40%，"芯片液冷"正加速向"全面液冷"演进。
液冷与高压化趋势共同驱动供电架构变革与高端铜材需求爆发。数据中心供电线路历经线束、PDU 两代演进后，第三代机架母线（Busbar）凭借低阻抗、小体积优势成为高载流工况下的最优解；液冷机架母线通过内部集成液冷导流槽，可在同等体积下输送数倍于风冷母排的电流，正逐步替代传统风冷母线成为标配。与此同时，800V 直流配电架构因能显著降低电流、铜线用量及端到端转换损耗，被英伟达确立为下一代最佳方案。需求测算显示，单台算力柜液冷板纯铜材消耗高达800–1000kg，液冷机架母线约120kg，800V 直流母线约220kg，铜材用量大幅提升。更关键的是，高端算力铜材已构筑较高技术与工艺壁垒——氧含量须≤5 PPM、耐高温900°C、平直度≤0.2 mm/2m、粗糙度RA 0.8 以下，行业正从"有铜就行"升级为"高端铜材决定系统上限"。
在全球AIDC 建设遭遇环保阻力的背景下，再生铜材成为契合ESG 需求的高端增量市场。欧美数据中心因高能耗、高耗水面临政策收紧与民意反对，ESG 合规已成为获取建设许可与资本青睐的前提。再生铜不仅碳排放仅为原生铜的20%，且通过精炼工艺纯度可达99.997%，散热性能媲美甚至超越原生铜。单吨再生铜加工材可节能约1,054 千克标煤、节水约395 千克、减碳70%以上。以苹果为代表的全球龙头已对再生铜提出严苛的碳足迹追溯与碳税节约要求，驱动再生铜产品技术难度、价值量与利润空间显著高于原生铜，具备更高附加值与更广阔的市场前景。
1 从“芯片液冷”到“全面液冷”：AIDC 对液冷工艺的使用正 由点扩面
1.1 芯片及机柜功率逐步提升，突破风冷极限
在GPU方面，回顾英伟达近年推出的芯片性能，从功耗角度来看，随着芯片架构的迭 代，其性能逐渐增强，功耗也随之升高。相较于A100芯片的400W功率，GB200芯片， 其功耗达1000W，有较大提高。英伟达新一代的Rubin架构芯片，功率或将高达2300W。 不断提升的芯片功耗直接影响着芯片的散热和可靠性，风冷散热将逐步转向液冷散热。
在CPU方面，从2017年Intel第一代铂金至强处理器的发布到2023年12月第五代处 理器问世，TDP（热设计功耗）从150W提升至最高385W，功耗相比第一代提升超2倍。柜热流密度提升，除芯片的散热功率快速攀升以外，智算大规模部署时网络架构、网 络带宽及网络延时的水平直接影响集群的有效算力，也间接影响了机柜热密度。为实现 GPU大规模部署从而产生更高的算力，用户往往将更多的GPU服务器部署到同一个机柜 中。以GB200整机柜产品NVL72为例，其一架机柜的GPU卡数量达到72张，总功率达 到132kW。考虑到上述组网的方案，由NVL72构成的一个18柜的可扩展微模块包含576 张GPU，称为一个Super Pod，其功率达到1200KW，相当于传统数据中心240个IT机柜 的用电量。GB300 机柜的总热设计功耗（TDP）显著增加，总功率达到154Kw，液冷配置 的GB300架构机架级TDP比全风冷配置高出3.5倍，从而在相同的物理空间内提供显著更 高的计算吞吐量。27年下半年或将推出更新一代的Vera rubin架构机柜，其单柜功率超过 600kW。 单柜功率超过 100kW 后，传统风冷的可行空间已显著收缩，而液冷是少数可稳定适 配 200kW 以上超高密度计算的方案。TrendForce 预计液冷在 AI 数据中心渗透率将从 2024 年 14% 提升至 2025 年 33%，并在 2026 年进一步达到 40%。这并非简单的“冷 却方式切换”，而是算力架构升级下的一种有效选择。 由于英伟达的Rubin平台在设计之初就以全液冷为目标，该公司去掉了所有散热风 扇，将冷却液覆盖范围拓展到每一个核心组件。液冷所需的管道和冷板也从GPU延伸到了 CPU、交换机，甚至网络设备中的光模块。 供电线束方面，数据中心供电线路经历了从线束到PDU再到机架母线的三代演进。第 一代采用传统线束连接，算力托盘无法盲插，安装维护成本高，且仅能满足低载流工况， 目前已被大量替代。第二代将线束整合为类似排插的PDU，两根纵向布局在算力柜两侧， 虽有所改进但仍无法适配算力托盘盲插，单柜重量3-4公斤，在超过96安培的高载流工况 下无法使用，难以满足高性能算力柜需求。 第三代方案改用2-3根机架母线排替代PDU，布置在算力柜中间，完美适配算力抽屉 盲插，空间占用小且维护成本低。它能够满足高性能算力柜的高载流工作环境，供电线路 散热方式也从风冷转向液冷（如NVIDIA Rubin已采用液冷机架母线，或成未来标配）。我们之前发布的报告《液冷机架母线——高密度算力的“动脉”与“静脉”》中提到， 随着算力柜功率急剧攀升，供电线路散热从风冷切换为液冷已成为必然趋势——液冷管直 接接在机架母线上，液冷机架母线（台阶排）有望替代风冷母线（平排）成为第三代算力 柜标配。随着电流增大，机架母线(Busbar)是用来替换cable(电缆)+PDU(电源分配单元)的 重要解决方案。液冷机架母线是通过机架母线内部增加单孔或是多孔液冷导流槽，实现机架母线自身 液冷化散热，提升在高载流的情况实现快速散热，确保整机柜稳定运行。在48V的架构下，随着GPU功耗不断提升服务器载流突破4000A，为了解决散热和 高载流的问题，液冷机架母线成为一种合适的解决方案。通过下表中参数可以得知，在风 冷架构下，供电母排的横截面积随着电流增大有较明显增幅，切换为液冷铜排后，其横截 面积出现了明显收窄，换言之，在机柜中所占体积接近的情况下，液冷铜排能够输送数倍 的电流。从结构上看，液冷铜排机架母线与风冷铜排机架母线有一定的相似之处，但由于功率 提升，风冷铜排机架母线需要留出更多的通风空间，在机柜安装中占有的体积更大，而液 冷铜排在制造中将液冷管集成到了铜排中，在电流相同的情况下，可以通过液冷减少其横 截面积。但是由于液冷排的横截面结构较为复杂，且需要高直线度和保证液冷槽尺寸的精 确度和密封性、绝缘性，整体的制造难度较大。根据铜业发展协会，主动冷却母线可以安全地承载比传统风冷导体更高的电流。据TE Connectivity 称，液冷设计在某些情况下可支持多达五倍的电流，且在保持安全工作温度 的同时，容量可接近非冷却钢棒的两倍。这种增加的电流容量使工程师能够在满足功率输 出要求的同时，减少导线尺寸和铜质量。同时，改进的热管理有助于降低电阻损耗，从而 提高高密度AI服务器机架中的整体功率路径效率1.3 800V 直流 Busbar：高压化是中长期大概率方向，高端800V铜排或将 大规模应用报告全文可扫描下方图片二维码进入星球社群查阅下载
（报告来源：浙商证券。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。）
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