PCB行业深度报告:下游需求持续复苏,AI 有望带动 HDI 用量大幅增长

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1 、PCB 行业:24 年重回增长,高端产品引领需求增长

PCB:电子产品不可或缺。印制电路板(PCB)的主要作用是使各种电子零组件形 成预订电路的连接。PCB 是电子产品零件装载的基板,为电子元器件提供支撑并 提供电气连接,是几乎所有电子设备的基础必需品。目前业内按印制电路板的层 数、结构及工艺将产品主要分为单面板、双面板、多层板、HDI 板、挠性板、刚 挠结合板及其他特殊板(高频板、铝基板、厚铜板等)。

PCB 上游主要为大宗商品,下游囊括千行百业。PCB 产业链中,上游为铜箔、玻 纤布、木浆纸、合成树脂等,中游为覆铜板及 PCB,其中,覆铜板是 PCB 的上游, 是 PCB 原材料的重要组成部分,下游则是通信设备、半导体、计算机、汽车电子、 消费电子、工业控制、航空航天、数据中心等,应用范围广阔。根据中商产业研 究院,PCB 成本主要由覆铜板等直接原材料构成,占比近 50%,其中覆铜板占据 30%,由于人工成本与制造成本变化较小,因此决定 PCB 成本的主要是原材料的 价格,尤其是覆铜板;覆铜板成本主要由铜箔、树脂和玻纤布构成,占比分别为 42.1%、26.1%、19.1%,合计 87.3%。

PCB 市场 24 年恢复增长,有望进入新的增长周期。由于去库存压力和抑制通胀的 加息,全球 PCB 市场规模在 2023 年有所缩减。据 Prismark 数据,2023 年全球 PCB 产值同比下降 15%至 695.17 亿美元。但随着市场库存调整、消费电子需求疲 软等问题进入收尾阶段,以及 AI 应用的加速演进,PCB 将进入一个新的增长周 期,预计 2024 年将同比增长约 5%,PCB 厂商稼动率有望回升。中长期来看,全 球 PCB 行业将迎来复兴,预计 2023-2028 年全球 PCB 产值 CAGR 约为 5.4%,增长 保持稳健。中国 PCB 产业持续健康发展,2023 年中国大陆 PCB 产值 377.94 亿美 元,占全球市场份额的 50%以上。

PCB 库存逐步消化,行业温和复苏。中国台湾 2024 年 1 月 PCB 板块营收达 237 亿 台币,环比增速回暖,达 10%,展现了目前 PCB 行业正处于温和复苏阶段。从库 存角度来看,2022Q1 以来,PCB 厂商库存逐步减少,去库存基本已经结束,2023Q3 开始行业或已进入补库阶段。

下游应用领域中服务器及汽车增速领先。PCB 行业下游应用领域中,下游 PC 及服 务器/数据存储占比较高,2023 年占比分别为 14%和 12%。长期来看服务器行业成 长速度较高,2022~2027 年 cagr 达 6.5%,其中主要的增长驱动力为服务器平台 的持续升级以及 AI 服务器带动的 PCB 需求的量价齐升。此外,汽车 PCB 2022~2027 年 cagr 达 4.8%,主要的增长动力来自于汽车智能化的发展,包括自动驾驶以及 智能座舱带动的 PCB 需求的持续增长。

分产品来看,高层板、HDI 等产品增速领先,高端产品需求旺盛。PCB 行业主要 分为单双面板、多层板、HDI 板、柔性板以及 IC 载板等类型,不同类型的产品对 制造过程中的曝光精度(线路最小线宽)要求不同,中高端产品如多层板、HDI 板 与柔性板等产品对最小线宽要求较高。下游应用的升级迭代,提升了高端 PCB 产 品的需求。根据Prismark,HDI板2023-2028 CAGR达6.2%,高于行业平均增速 的 5.4%。往后展望,伴随以 AI 服务器为代表的终端产品集成度、复杂度的提升, 以及传输速率等性能指标的不断升级,HDI 产品凭借散热、高传输速率等优势需 求有望持续增长。

2 、AI 服务器带动 PCB 量价齐升,GB200 引领 HDI 需求高增

2.1 AI 服务器带动 PCB 量价齐升

全球数据中心资本开支长期看将增长,PCB 需求持续增长。根据 Dell'Oro Group, 2022 年全球数据中心资本支出同比增长 15%达到 2410 亿美金。超大规模云服务 提供商经历过去三年强劲的扩张周期,在经济下行周期中开始谨慎地进行资本开 支,2023 年全球数据中心资本支出增速或将回落至个位数。长期来看,数据量持 续增加,AI 驱动数据运算需求加速增长,数据中心和企业市场资本开支长期维度 仍将持续扩张。Dell'Oro Group 预计 2027 年全球数据中心资本支出将达 5000 亿 美元,超过 20%的服务器部署可能会是加速类型,边缘计算预计将占数据中心基 础设施总支出近 8%。

服务器出货量将在 2024 年显著增长。受下游需求疲软以及终端库存持续调整影 响,尽管由于主要的云服务提供商资本开支增速回落,23 年服务器出货量同比下 滑 6%,但随着下游持续去库存,以及长期来看数据处理量的增长,数据中心的提 升,我们认为服务器出货有望在 24 年恢复增长,预估 24 年全球服务器整机出货 量约 1365.4 万台,年增约 2%。

AIGC 热潮驱动 AI 服务器加速扩张。受自动驾驶、AIoT 与边缘运算等新兴应用驱 动,诸多大型云服务商开始加大投入 AI 相关的基础设施建设,TrendForce 估计 2023 年 AI 服务器年出货量占整体服务器比重为 8%左右,24 年市场仍聚焦部署AI 服务器,估计 AI 服务器出货占比约 12.1%,从采购份额来看,预估 24 年美系 四大 CSP MicrosoftGoogle、AWS、Meta 各家占全球需求比重分别达 20.2%、 16.6%、16%及10.8%,合计将超过6成,其中,又以搭载NVIDIA GPU的AI服务 器机种占大头,其 GPU 服务器占整体 AI 市场比重高达 6-7 成。

服务器内部需要多种 PCB 产品,AI 服务器带动 PCB 全新增量。服务器内部需要 多种形式的 PCB,通常包括服务器主板、CPU 板、硬盘背板、电源背板、内存、网 卡等多种不同规格的 PCB 产品。服务器平台的升级将带动内部 PCB 层数、材料特 性等提升,对应价值量亦将大幅增长。AI 服务器相比于传统服务器增量在于 GPU 板(UBB)、GPU 加速卡(OAM)以及 Switch Board 等产品。以 DGX A100 为例,其 内部 PCB 价值量较高的 GPU 加速模块,包含一张 GPU 母板,8 张 GPU 加速卡以及 6 个 NvSwitch,支持 600GB/s 的 GPU 与 GPU 之间高速互联。除此之外,网络接口、 硬盘、内存、电源、风扇等都将相应贡献整机 PCB 用量,AI 服务器单机价值量较 传统服务器大幅提升。

市场空间:2026 年服务器 PCB 市场规模有望达到 160 亿美元,其中 AI 服务器市场规模有望达 47 亿美元,2022-2026 年 CAGR 达 38.3%。受益于 AI 服务器占比提 升与服务器平台升级,我们预计服务器 PCB 将迎来量价齐升。根据测算,预计 2026 年全球服务器 PCB 市场规模为 160 亿美元,2022-2026 年 CAGR 达 12.8%,其中 2026 年 AI 服务器 PCB 市场规模为 47 亿美元,2022-2026 年 CAGR 达 38.3%。

2.2 GB200 有望带动 HDI 用量大幅提升

GB200 NVL72是一个全机架解决方案,具有18台1U服务器,每台服务器都有两 个GB200超级芯片。GB200 Superchip compute Tray配备两颗Grace CPU和四 颗 B200 GPU,具有 80 petaflops 的 FP4 AI 推理性能和 40 petaflops 的 FP8 AI 训练性能。除了GB200 Superchip compute Tray外,GB200 NVL72还配备9个 NVLink Switch Tray,每个 tray 有两个 NVLink Switch 芯片。每个 tray 提供 14.4 TB/s的总带宽。总体来看,GB200 NVL72拥有36 个Grace CPU 和72 个 Blackwell GPU,具有720 petaflops的FP8 和1440 petaflops的FP4计算能 力,英伟达表示 NVL72 可以为 AI LLM 处理多达 27 万亿个参数的模型。

从架构角度来看,单台 GB200 服务器内部由两个 Superchip 组成,每片 superchip 搭载一片 Grace CPU 以及两片 B200 GPU,CPU 与 GPU 之间基于 PCIe 互联,GPU 之 间通过 Nvswitch 互联。除了 CPU 与 GPU 之外,GB200 服务器内部其他的重要部件 还包括网卡以及 DPU 等。

从 PCB 的角度来看,GB200 NVL72 的架构升级对 PCB 的影响有以下两点:

1)此前 A100 及 H100 的 OAM 卡升级为 superchip,升级之后的 Superchip 主板融 合了承载 GPU、CPU、内存以及其他关键器件的功能并实现各器件之间的互联互通, 一方面 Superchip 面积增大以承接更多器件,另一方面材料及功能复杂度提升以 匹配性能升级,整体集成度提升,对应不再需要 CPU 主板及 UBB,因此常规的通 孔板用量大幅减少,而 HDI PCB 用量则大幅提升。

2)NVLink switch 独立出来形成单独的 NVLinkSwitch 交换机,以实现整个机架 GPU 互联以及内存带宽共享,对应 PCB 的需求一方面面积显著增加,另一方面伴 随 NVLinkswitch 的升级 PCB 材料亦有升级,单机价值量进一步提升。

进一步梳理各个结构器件的升级,以此判断 PCB 的升级程度。

GPU:从 H100 升级至 GB200(两颗 B200),B200 GPU 内部晶体管数量为 2080 亿 颗,较 H100 的 800 亿颗提升 2.6 倍,更多的晶体管数量可以支持更大参数模型的训练,但对应功耗也从 H100 的 700W 升级至 B200 的 1000W,而整个 GB200 的 功耗则预计达到 2700W(2*GPU+1*CPU)。

内存:GPU 内存采用 HBM3e,每颗芯片内存容量为 24GB,理论带宽限制为 1.2TB/s,实际带宽为 1TB/s。一片 Superchip 的内存容量为 24*16=384GB,带 宽则为 16TB/s。整机 HBM 内存容量高达 13.5TB,带宽为 576 TB/s。

NVLink:从 4.0 升级至 5.0,NVLink 4.0 时显卡单一 lane 带宽为 50GB/s,18 条 lane,故带宽为 900GB/s,而升级的 NVLink5.0,保持 18 条通道不变,但单 一通道的带宽从 50GB/s 升级至 100GB/s,故 Nvlink 5.0 的带宽达 1.8TB/s。也 即 GPU 最大带宽达 1.8TB/s。

Nvswitch:第四代 NVSwitch 芯片有 72 个 NVLink 端口,每个端口有 2 个通道, 双向带宽为 100GB/s,总计 7.2TB/s。除了 GPU 互联带宽较 Nvswitch3.0 提升一 倍,其集群互联带宽上限达 1PB/s。
IB NIC:GB200 NVL 72 将使用新一代 InfiniBand 网卡 ConnectX-8,对应的通信 带宽为 800Gb/s。之前的 H100 则使用的是 ConnectX-7 网卡,通信带宽为 400Gb/s, 而 A100 则使用的是 ConnectX-6 网卡,带宽为 200Gb/s。IB 连接带宽显著增加。

综合以上,GB200 的架构升级对应 PCB 层面来看,整机集成度不断提升,同时性 能、高频高速材料、带宽传输速率、功耗散热各个维度均有成倍提升。而集成度 提升对应布线密度提升、以及传输和散热能力的提升正是 HDI 板的优势所在。因 此 AI 时代 HDI 需求将有显著提升!

我们对 GB200 NVL72 的 PCB 用量进行敏感性测算,根据英伟达官网技术文档,NIC 产品尺寸约为170mm*70mm;DPU产品尺寸约为170mm*110mm,A100 PCIE OAM尺 寸约为 260mm*110mm。依此得到以下尺寸数据并进行测算,对应 Superchip/NVLink switch/NIC/DPU 的产品面积分别为 0.09/0.16/0.01/0.02 平米。整机集成度及传 输速率大幅提升背景下,NVLinkSwitch PCB类似于交换机产品或存在多种方案, 预计分别为20~24层5阶HDI或者28~32层通孔方案,NVLink Switch的方案也 将直接影响单机 HDI 的用量。

我们区分低阶(假设核心产品材料、层数及 HDI 阶数均有下降)和高阶方案进行 测算,预计 GB200 NVL72 的 PCB 总价值量约为 24900~33945 美元。其中 Superchip 的 PCB 价值量预计约为 16380~23400 美元/Rack,NVLinkSwitch 采用 HDI 方案的 价值量约为 6075~7088 美元/Rack,NVLinkSwitch 采用通孔方案的价值量约为 5063~6075 美金/Rack,DPU 价值量约为 721 美元/Rack,NIC 的价值量约为 1836 美元/Rack。

由此我们得到单 GPU 对应 PCB 价值量的变化以及对应 HDI 的价值量变化。假设 NVLinkswitch 采用 HDI 方案,低阶方案下,GB200 NVL72 对应单 GPU PCB 价值量 约为 360 美元,而 H100 对应单 GPU PCB 价值量约为 226 美元,价值量对应提升 约 59.2%。GB200 NVL72 对应单 GPU HDI 价值量约为 347 美元,而 H100 对应单GPU HDI 价值量约为 97 美元。故采用 HDI 方案的 GB200 单 GPU HDI 价值量较 H100 大幅提升 259.1%;而如果采用高阶方案,采用 HDI 方案的 GB200 单 GPU HDI 价值 量较 H100 大幅提升 374.4%。

我们也同样假设NVLink switch采用通孔方案进行测算,低阶方案下对应GB200 NVL72 单 GPU HDI 价值量约为 263 美元,与 H100 8 卡架构 97 美元价值量相比仍 大幅增加,对应约有 171.9%的价值量提升,而如果采用高阶方案,GB200 单 GPU HDI 价值量较 H100 大幅提升 272.7%。AI 服务器内部 PCB 正在全面向 HDI 进化。

3 板块一季度业绩表现亮眼,AI 驱动成长可期

3.1 业绩亮眼成长,产品结构持续优化

PCB 及覆铜板行业 2024Q1 增长强劲,AI 带动头部公司业绩新高。受益于 AI、网 通及汽车系统等领域持续需求的推动,高端 HDI、高速高层以及封装基板等 PCB 细分市场在 2024Q1 均实现强劲增长。具体业绩方面,胜宏科技 24Q1 实现归母净 利润 2.1 亿元,同比+67.72%,环比+144.19%,24Q1 利润创一季度历史新高。深 南电路和沪电股份也因数通及 AI 业务订单的增加而实现显著的业绩增长,其中 沪电股份 24Q1 营业收入为 25.8 亿元,同比增长 38.3%,实现归母净利润 5.15 亿 元,同比+157.0%。弘信电子 2024Q1 营收达 16.7 亿元,同比增长 161.1%,增长 主要源自其传统业务的持续增长以及算力业务的放量。覆铜板方面,生益科技产 品结构持续优化,稼动率稳中有升,24Q1 实现 44.2 亿元营收,同比增长 17.8%, 实现归母净利润 3.9 亿元,同比 58.2%,环比+47.9%。

#雪球星计划# #PCB# #英伟达#

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07-21 20:24

弘信业绩是增长了,而股价呢?真是一言难尽。

深度好文