本文来自微信公众号：与非网eefocus（ID：ee-focus），作者：张慧娟，题图来自：视觉中国


AI算力需求持续走高，国内外数据中心、云服务厂商纷纷开始推动基础设施建设和升级，带动了服务器增长与AI服务器占比提升。


在这波显著增势中，提供AI核心算力的GPU供应商英伟达已经率先受益，在本周迎来了历史性时刻——市值突破万亿美元大关，成为全球第九支、芯片股首支市值超过1万亿美元的公司。


那么，除了核心芯片，AI算力还将带动半导体产业哪些环节的增长？


对AI服务器产业链进行拆解会发现，除了存储、网卡等明星产品，印制电路板（PCB）是容易被忽视的一个大赢家。


AI服务器需求走高，带动PCB市场增长


在对PCB产业人士的求证中，对方验证了这一观点。该产业人士指出，随着AI技术的应用范围不断扩大和性能不断提高，近年来，AI服务器的需求量不断增加，由此带动PCB市场呈现增长趋势。未来，随着AI驱动的应用和解决方案在不断增加，从而将进一步推动AI服务器的市场规模，PCB市场也将继续增长。


中金公司对AI服务器核心组件，按价值量由高到低进行了排序，依次为：GPU、DRAM、SSD、CPU、网卡、PCB、高速互联芯片和散热模组等。预计2023~2025年，训练和推理型服务器的出货增量分别为7.5万台和17.5万台，


据此测算，对应市场规模分别为240亿美元、88亿美元、48亿美元、34亿美元、5亿美元、3亿美元、2.5亿美元和1.5亿美元。


从市场规模来看，PCB并不突出。但从它作为算力芯片基座与信号传输通道的关键作用来看，对服务器性能提升至关重要。


伴随着核心算力芯片的升级，PCB将同步升级，迎来新一波增长机会。


顶级服务器单机PCB价值量约1.5万元？


AI服务器PCB主要分布在三部分：


一是AI服务器最为核心的GPU板组；

二是所有服务器都必备的CPU母板组；

三是风扇、硬盘、电源板块等配件组。


国金电子以英伟达DGX A100为例，测算了这款顶级服务器单机PCB的价值量。根据功能性，PCB分布GPU板组、CPU母板组和配件：


GPU板组，单机PCB面积达到0.624平方米，对应PCB单机价值量12250元；


CPU母板组，对应PCB用量面积合计为0.662平方米，单机价值量约为2845元；


配件，对应PCB板用量面积约为0.188平方米，单价价值量合计约为226元。


综合来看，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、CPU母板组、配件的PCB价值量占比分别为80%、19%、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%。


根据TrendForce数据，2022年搭载GPU的AI服务器年出货量占全部服务器的比重接近1%，2023年在ChatGPT等人工智能应用加持下，2023~2025年AI训练服务器出货量有望实现50%左右的高增速，2026 年出货量增速保持在30%左右。


由此可见，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，满足高性能服务器需求的PCB产品，有望在高端GPU的拉动下迎来一波增长。


有哪些升级方向？


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。


那么，伴随GPU的升级换代，PCB的升级方向具体有哪些？


一位PCB产业人士告诉与非网，随着芯片性能的不断提升，PCB不仅需要为芯片提供更高的基础度和稳定性，也需要针对性地升级改革，以满足增加的GPU模块对针脚数和对显存颗粒的需求。同时，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。


此外，他认为GPU升级会给PCB带来更高的功率密度和更多的散热需求，因此对PCB的上游原材料和PCB本身设计都会提出更高的要求，包括更高的层数、更好的散热设计和更好的电气性能等。


首先，要有更高的电源和信号完整性，需要更多的层次和更密集的布线，以及更大的面积以容纳更大的芯片和附件。由于高性能服务器通常具有更复杂的设计，需要处理更多的信号和电源路径，多层板有利于路径布局；信号完整性方面，高层PCB板可以提供更多的屏蔽层，减少信号干扰和反射，在高速数据传输中提高信息传递质量。


其次，升级会产生更多的热量，因此需要更好的散热设计。高层PCB板可提供更多的电源平面和散热通道，更好实现电源分布和管理，并将热量传输到散热器。同时还有电磁兼容性的需求，多层 PCB可以更好地控制电磁干扰和射频噪声，从而提高设备的EMC性能。


除了上述方向，Al 服务器对PCB层数、板材等级、制作工艺的要求，还伴随着异构架构、专用设计等趋势的发展，PCB在多卡互连、更多层数、材料和加工工艺等方面需进一步优化。



随着服务器设备向高速、高带宽、高密度方向发展，服务器平台对传输速率的要求越来越高，PCIe协议的演进也将推动服务器PCB升级。


  • 一方面，PCB层数越多，设计越灵活，能够对电路起到更好的抗阻作用，更易于实现芯片之间的高速传输，目前普遍使用的PCIe4.0接口的传输速率为 16Gbps，服务器 PCB 层数为 12~16 层；随着PCIe5.0传输速率达到36Gbps，PCB层数将达到 18 层以上。


  • 另一方面，信号频率越高，PCB传输损耗越大，服务器PCB 产品材料会从低损耗材料升级为超低损耗材料，随着材料的升级，制作工艺上难度提升，PCB 单价将显著提升。


根据 Prismark 数据，2021年，8~16层板的价格为456美元/平米，而18层以上板的价格为1538美元/平米。未来随着算力带来的传输速率升级，将带动PCB价值量明显增加。


写在最后


大模型的涌现推动了AI的“iPhone”时刻来临。不过，大模型尚处于普及初期，就像是早期的iPhone，要先达到一定的市场规模，才能用应用去颠覆整个手机产业。大模型如今正需要通过基础设施的不断优化，才能逐步实现渗透和普及。


在这个过程中，高端算力的支持至关重要，服务器市场将继续升级，也将拉动PCB这个“隐形”赢家迎来高增长。


本文来自微信公众号：与非网eefocus（ID：ee-focus），作者：张慧娟