2024年PCB行业专题报告：GB200单颗GPU HDI价值量有望提升-产业链迎新机遇

2024年PCB行业专题报告：GB200单颗GPUHDI价值量有望提升_产业链迎新机遇一、AI服务器中PCB性能提升，单机价值量增长（一）相比传统服务器PCB，AI服务器PCB面积/层数/材料性能提升面积：AI服务器中增加GPU模块，驱动PCB面积大幅提升。GPU模块加入使得AI服务器新增GPU加速卡OAM和GPU模组板UBB，推动PCB整体面积增加。传统服务器一般搭载2或4颗CPU，封装对PCB板面积要求较低。而AI服务器中除了CPU之外，一般还需要搭载4颗至8颗GPU。以浪潮服务器为例，浪潮NF5280LM6通用服务器搭载2颗第三代英特尔至强可扩展处理器，封装在主板上；而浪潮NF5280LM6AI服务器同样使用2颗第三代英特尔至强可扩展处理器封装在主板上，但由于多出了8颗GPU，需要增加相应的OAM和UBB，OAM和UBB之间通过连接器相连。GPU模组的加入使得AI服务器相比传统服务器增加了OAM和UBB的面积，推动PCB用量大大提升。以英伟达服务器为例，AI服务器DGXA100/H100都以GPU模组的形式搭载8颗GPU。从结构上看，目前主流AI服务器采取主板托盘和GPU托盘的双层架构，CPU和GPU分别封装在主板和单独的GPU模组板UBB上，同时在GPU托盘中每个GPU芯片需要通过OAM承载而封装在UBB上。同时，因此，AI服务器相比传统服务器增加了OAM和UBB的面积，整体PCB板面积大幅增加。层数：AI服务器高速传输需求下，总线标准提升促使PCB层数增加。英伟达AI服务器基于NVLink技术构建了NVSwitch高速互联模组，为计算密集型工作负载提供更高带宽和更低延迟，H100上总带宽达到了带宽的7倍之多，A100/H100/B100/B200的双向带宽分别为600/900/1800/1800Gbps，NVlink连接规格快速提升。GPU模块高速传输的需求，促使走线的密度提升、复杂性提高，要求PCB需要拥有更高层数。PCB层数越多，电路板走线设计的灵活性越大，并实现更好的阻抗控制，从而实现芯片组间电路信号高速传输。AI服务器用PCB一般具有20-28层，相比之下传统服务器一般最多为16层。PCB每增加一层，其价值量均有明显提升，层数大幅增加将带动AI服务器用PCB价值量大大提升。材料：AI服务器用PCB性能要求高，覆铜板（CCL）需要满足高速高频低损耗等特征。覆铜板作为PCB的关键原材料，同样需要提升性能参数以适应服务器升级。AI服务器要求信号传输高频高速、信号损耗较低，使得覆铜板的介质损耗等性能需要不断提升。以PCIe5.0总线标准为例，其PCB使用CCL材料等级需要达到VeryLowLoss，其对应的介质损耗因子Df值需要降至0.006-0.005。NVlink5.0传输速率更高，因此需要更高等级CCL材料实现高频高速和更低损耗等性能。随着CCL材料等级提升、Df值降低，高速高频、低损耗等性能提升，制作技术难度越高，CCL单价与毛利率将显著上升。以英伟达DGX系列为例：DGX服务器主要包括三种PCB产品。DGX架构服务器采用GPU托盘和主板托盘双层结构，其中GPU托盘容纳GPU模组，包含1个UBB以及8个OAM，主板托盘容纳1个含网卡及接口的主板。其中，UBB位于GPU模组底部，用于搭载整个GPU平台；OAM位于UBB上，用于承载GPU芯片；主板位于主板托盘，用于搭载CPU、内存、网卡等零部件。因此，DGX架构服务器PCB主要分为GPU模组的OAM、UBB以及搭载CPU的主板三大部分。DGX系列服务器PCB层数及材料持续提升。从PCB层数上看，目前PCB主流板材对应PCIe3.0一般为8~12层，4.0为12~16层，而5.0平台则在16层以上，根据英伟达官网，DGXA100/H100/B100总线标准分别为PCIe4.0/5.0/5.0。从材料的选择上来看，PCIe升级后服务器对CCL的材料要求将达到高频/超低损耗/极低损耗，即M6~M8级别。从服务器类型上看，通用服务器PCB采用8~10层M6板为主，推理型服务器PCB为14-16层M6板，训练服务器PCB采用18-20层M7板。综上所述，我们推测得出，DGXA100/H100/B100主板分别为8~16层/16~24层/16~26层多层板，OAM为4~6阶HDI板，UBB为20层以上的多层板。DGX系列服务器中单GPU的PCB价值量为175~211美金。考虑到主板及UBB使用单位面积价值较低的多层板、OAM使用单位面积价值较高的HDI板，根据不同类型PCB的层数及面积，我们假设DGXA100/H100/B100中1张主板的价值量分别为196/300/300美金；8张OAM的总体价值量分别为539/640/640美金；1张UBB的价值量分别为663/750/750美金。由于DGX系列服务器中含8颗GPU，计算得出，DGXA100/H100/B100的单GPU的PCB价值量为175/211/211美金，其中，单GPU的HDI价值量为67/80/80美金，单GPU的多层板价值量为107/131/131美金。（二）相比DGX系列服务器，GB200NVL72中单GPUPCB价值量有望提升GB200NVL72介绍：GB200NVL72为机架式服务器，单机包含72个GPU。英伟达GTC2024大会发布GB200NVL72服务器，GB200是基于MGX参考设计和NVLinkSwitch系统的机架，包括18个computetray和9个Nvlinkswitchtray。每个computetray里面包含2个GB200，GB200由1GraceCPU+2BlackwellGPU组成。CPU和GPU之间依然通过900GB/s的NVLink-C2C实现高速互连。对应的功耗为1200W。单个GB200超级芯片包含384GBHBM3E显存及480GBLPDDR5X，合计864GB快速内存。GB200NVL72在单机架中配置72个GPU。同时，GB200NVL72使用铜缆盒密集封装和互连GPU，以简化操作，同时采用液冷系统设计，成本和能耗降低25倍。GB200NVL72中PCB拆解：GB200NVL72服务器单个机架包含18个computetray和9个Nvlinkswitchtray，1个computetray包含2块主板、1块中间板、4块网卡板以及1块DPU板，1个Nvlinkswitchtray中包含1块Nvlinkswitch模组板。因此，GB200NVL72单机架PCB总量为36块主板、18块中间板、72块网卡板、18块DPU板和9块NVLinkswitch模组板。根据英伟达官网GB200computetray和NVLinkswitchtray拆解图及GTC2024线下展示实物图片，我们测算后得到各PCB尺寸估测数据。首先根据Micron官网产品手册，GB200使用的MicronHBM3E存储芯片的尺寸为11mmx11mm，在此基础上计算得出HBM长宽实际长度与图片内长度的比率。由于图片内芯片及PCB板长宽基本平行，用得到的比率分别乘图片内其他PCB长宽即可得到估测实际尺寸。最后测量结果得到computetray主板/中间板/网卡/DPU板/Nvlinkswitch模组板尺寸分别为210mmx305mm/199mmx178mm/74mmx221mm/106mmx233mm/420mmx305mm，对应面积分别为0.064/0.035/0.016/0.025/0.128平方米。GB200NVL72中PCB量价测算：GB200NVL72主板和NVLinkswitch模组板全面升级，单GPU价值量显著增加。由于GB200超级芯片性能大幅提升，computetray主板集成度更高、线路更复杂，制程要求和制造成本更高。同时，GB200芯片在信号损耗方面标准更为严格，PCB板材料升级为损耗因子更小的M7+等级材料。同时，GB200NVL72采用NVLink5.0，带宽达1800Gbps，相较NVLink4.0对传输速率的要求大幅提升，更适合使用信号传输速率更高的HDI。通过使用HDI板与微孔结构搭配，NVLinkswitch模组板可以提高布线密度、提高空间利用率和散热效果，并且具有更高的可靠性。因此，我们推测GB200NVL72所使用的主板为22层5阶M7HDI板，NVLinkswitch模组板为低阶或高阶HDI板。对GB200NVL72所用PCB价值量进行敏感性分析，产业链微观层面来看，我们假设GB200NVL72中主板单价为458或320美金，Nvlinkswitch模组板若为低阶HDI则单价为686美金，若为高阶HDI则价值量为1029美金，中间板/网卡/DPU板单价分别为25/20/35美金。由于GB200NVL72中包含72颗GPU，计算得出，（1）若Nvlinkswitch模组板采用低阶方案，且主板单价为458美金，则GB200NVL72单GPU的PCB板价值量为350美金，单GPU的HDI板价值量为343美金，单GPU多层板价值量为6美金；（2）若Nvlinkswitch模组板采用低阶方案，且主板单价为320美金，则GB200NVL72单GPU的PCB板价值量为281美金，单GPU的HDI板价值量为275美金，单GPU多层板价值量为6美金；（3）若Nvlinkswitch模组板采用高阶方案，且主板单价为458美金，则GB200NVL72单GPU的PCB板价值量为392美金，单GPU的HDI板价值量为386美金，单GPU多层板价值量为6美金；（4）若Nvlinkswitch模组板采用低阶方案，且主板单价为320美金，则GB200NVL72单GPU的PCB板价值量为324美金，单GPU的HDI板价值量为318美金，单GPU多层板价值量为6美金。GB200NVL72相较DGX架PCB用量及规格同步提升，驱动整机PCB价值量大幅增长。经上述测算，DGXA100/H100/B100的单GPU的PCB总价值量为175/211/211美金，GB200NVL72单GPU的PCB板总价值量为281~392美金。相比DGXA100/H100/B100，GB200NVL72中单GPU的HDI板价值量增加244%~476%，单GPU的PCB总价值量增加33%~124%。二、AIPCB市场规模持续增长，HDI价值量占比提升（一）AI服务器需求驱动服务器PCB加速成长，增速高于整体市场整体PCB市场规模：全球PCB市场中长期稳健增长，通信网络基础设施为主要应用。PCB被称为“电子产品之母”，在绝大多数电子产品中均需配备。根据Prismark的数据，2023年全球PCB市场规模估计为695亿美元，2024规模预计为730亿美元，至2028年增加至904亿美元，4年CAGR为5.5%，呈现稳定增长态势。从下游应用来看，通信网络基础设施是PCB最重要的应用领域，据Technavio统计，2022年占比为25.6%，其它主要应用领域还包括消费电子22.5%、汽车电子17.3%及军用航天15.7%。服务器PCB市场规模：服务器PCB市场规模持续成长，增速高于PCB整体市场。根据Prismark数据，服务器与数据存储领域PCB市场规模预计在2023年达到82亿美元，到2028年将达到138亿美元，CAGR为11%，高于同期PCB市场整体增速5.4%。PCB板可以分为单/双面板、多层板、HDI、封装基板和挠性板等类型，其中多层板2023年市场规模据Prismark估计为265亿美元，占PCB市场份额的38.2%，为最主要的PCB产品。AI服务器市场规模：AI服务器市场发展为行业贡献新增量，AI服务器PCB占比持续提升。具体来看，AI服务器中PCB主要包括CPU主板、UBB、OAM，随着AI技术的不断进步和应用场景的日益拓展，AI服务器的渗透率持续提升，推动PCB产品的市场规模不断扩大。根据前文测算，A100中母板、OAM、UBB的价值量分别为196.1/539.0/663.0美元，假设A100出货量在2023/2024/2025年分别为8.6/1.6/0.0万台，其市场规模在2023/2024年分别为1.2/0.2亿美元；H100中母板、OAM、UBB的价值量分别为300/640/750美元，假设H100出货量在2023/2024/2025年分别为13.1/33.6/0.0万台，其市场规模在2023/2024分别为2.2/5.7亿美元；H200中母板、OAM、UBB的价值量分别为300/640/750美元，假设H200出货量在2024/2025年分别为4.5/6.3万台，其市场规模在2024/2025年分别为0.8/1.1亿美元；H20中母板、OAM、UBB的价值量分别为300/640/750美元，假设H20出货量在2024/2025年分别为3.5/15万台，其市场规模在2024/2025年分别为0.6/2.5亿美元；B100中母板、OAM、UBB的价值量分别为300/640/750美元，假设B100出货量在2024/2025年分别为4.5/25.0万台，其市场规模在2024/2025年分别为0.8/4.2亿美元；此外，GB200中主板/中间板/网卡板/DPU板/Nvlinkswitch板价值量分别为457.5/25.3/20.0/35.3/685.7美元，假设其在2025年的出货量为12.5万台，其市场规模在2025年可达31.5亿美元。因此，根据我们测算，AI服务器PCB的市场规模预计将从2023年的3.8亿美元增长至2025年的40.6亿美元，占整体PCB比例将从2023年的0.5%上升到2025年的4.7%。（二）HDI在AI服务器PCB中占比提升，主要由于其优越性能GB200NVL72相较DGX架构HDI用量及规格同步提升。根据我们测算，DGXA100/H100/B100中OAM为HDI，单GPU的HDI板价值量为67~80美金，而GB200NVL72中主板、网卡、DPU、以及Nvlinkswitch模组板均为HDI，单GPU的HDI板价值量为275~386美金，相比DGX系列HDI价值量增加244%~476%。HDI和PCB比较：HDI技术能够进一步缩小PCB上的布线空间和元件间距，提高服务器的集成度和性能。从数据传输角度来看，NVLink3.0/4.0/5.0双向带宽分别为600/900/1800Gbps，对PCB传输速率的要求大幅提升，HDI内部布线密度高、信号传输路径短，因此能够实现高速、高频率的信号传输；从空间利用角度来看，HDI板与微孔结构搭配，可以采用更小的线宽/间距、更高的布线密度以达成更小的面积和厚度以提高AI服务器空间利用率和散热效果；从电气性能角度来看，HDI板高密度布线有利于先进SMT构装技术的使用，其电气性能和讯号正确性比普通PCB板更高。从降低成本角度来看，当普通PCB板的层数增加超过八层后，以HDI微盲埋孔技术来制造，其生产成本将较传统复杂的压合制程来得更低。此外，HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放等具有更佳的改善。HDI生产流程：HDI板的制造过程复杂，需要经过多次压合、电镀、钻孔等工序。HDI板上有盲孔埋孔、需要经过多次做内层多次压合、需经过多次钻孔和电镀制作、内外层线路密集、制作流程复杂周期长。根据自身特性可以放置更多元器件，其中精确设置盲孔和埋孔是提高HDI密度最有效的方法。HDI板通过很多微盲孔/埋盲孔来提升密度，推动布线密度大幅提升。由于通孔会占用大量本可以用于布线的空间，运用盲孔/埋盲孔来实现不同层间的连接功能，从而提升密度；另一方面，盲孔/埋盲孔多用激光钻孔灼掉树脂介质层，孔径要比机械打孔更细，因此线宽更窄、电子元件密度更大，从而提升HDI板整体布线密度。HDI升级趋势:随着PCB可用面积趋紧，普通HDI将向AnylayerHDI和SLP（Substrate-LikePCB）持续升级。电子设备轻薄短小的趋势不断催生更高密度（更小线宽线距）的主板，当前智能机中主板所能搭载的元器件数几乎到了极限，需要进一步缩小线宽线距。过去，多层板的特征尺寸约为100um，普通HDI板的特征尺寸约为60/60µm，AnylayerHDI板的特征尺寸约为40/40µm，SLP的特征尺寸已经小于30/30µm，虽然它是一块PCB，但它的特征尺寸已经非常接近IC载板了，SLP因此得名。我们以某焊盘节距的缩小为例，焊盘节距在500um的线路板中，线宽线距的要求为60~100um/100um，此时一般采用普通HDI制程；焊盘节距缩小至500um的线路板中，线宽线距的要求为40um/40um，集成度的提升需要采用AnylayerHDI；当焊盘节距缩小至350um，线宽线距进一步缩小，若需要在焊盘之间布两条走线，则线宽线距需缩小至25um/25um，此时需采用SLP制程。基于HDI制造的难易程度，HDI大致分为三类：（1）入门类：一阶、二阶、三阶；（2）中高端：四阶及以上、Anylayer；（3）高端类：SLP。其中一阶HDI指连接相邻两层的HDI，二阶则是连接相邻三层的HDI，升级至四阶及以上需要用到AnylayerHDI（任意层之间均有连接），再升级至采用MSAP工艺的AnylayerHDI（即SLP），特征尺寸逐渐缩小，制造难度也逐渐增加。三、国产厂商竞争优势明显，积极布局AI服务器PCB（一）PCB产值国内占比过半，多层板占据主导地位国内产值占比过半，多层板为国内厂商主要产品。根据沪电股份2023年报，2023中国PCB行业产值约378亿美元，占全球产值的比例约54%，已经成为全球最重要的PCB生产国。从产品看，据WECC统计，2021年多层板在国内PCB市场的产值占比为49%，接近一半，为国内厂商最重要的产品类别，除此之外，HDI、单/双面板、挠性板、封装基板、刚柔结合板占比分别为18%、14%、14%、4%、1%。PCB市场竞争格局分散，多层板市场国内厂商占据优势。根据Prismark数据，PCB市场竞争格局较为分散，2023年全球市场CR10为45.8%，头部厂商主要来自中国台湾、中国大陆、日本、美国和韩国，其中中国台湾的臻鼎和欣兴分列第1位和第2位，国内厂商东山精密和深南电路分列第3位和第8位。多层板是PCB中占比最高的产品，在多层板细分市场中，中国大陆厂商则具备明显优势，占全球市场比例73%。（二）HDI被海外厂商主导，国内厂商成长迅速HDI市场规模：全球HDI市场规模持续增长，服务器HDI占比持续提升。从市场规模来看，根据Prismark数据，2023年全球HDI市场规模预计达到105.4亿美元，到2028年有望达到142.3亿美元，5年CAGR为6.2%。细分到下游应用领域，移动手机为HDI最大的应用领域，占比约50%，服务器占比稳定提升，从2020年的3.7%上升到2022年的4.4%，预计到2027年时将达到5.2%。从市场竞争格局来看，HDI基本被中国台湾、日本、韩国、美国公司主导。该等企业依靠苹果等大客户的长期带动效应保持技术和规模的较大领先优势，根据Prismark数据，AT&S、华通、欣兴、TTM占据全球前四，HDI产品包括一阶、二阶、多阶HDI、Anylayer、SLP、刚-挠性结合板，臻鼎目前HDI产品主要是SLP。近几年资本投入较大的HDI海外供应商，逐渐将资产开支投向公司其他业务。例如，LGINNOTEK宣布整体退出，三星电机的昆山工厂也宣布退出，华通、TTM、奥特斯等资本投入也主要用于其SLP产线的维护和扩产，与高阶HDI产线并不完全通用。因此总体来看，海外HDI厂在高阶HDI产线的资本开支很少。欣兴营收规模整体呈上升趋势，HDI占比持续下降。欣兴电子主要从事PCB、HDI、FPC、柔性刚性复合板、IC测试系统的开发、制造、加工和销售业务，公司的印刷电路板产品应用于电脑、通讯、消费电子、数据通讯产品的主要零部件。公司分为PCB事业部、载板事业部、IC