AI 算力“热路”与“电路”的铜材升级从“有铜就行”升级为高

||||1/21基础化工报告日期：2026年08月03日端铜材决定系统上限”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；IntelCPU的TDP亦从150W提升至385W。机柜层面，GB200NVL72单柜功率已达132kW，GB300升至154kW，预计2027年后VeraRubin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≤5PPM、耐高温900°C、平直度≤0.2mm/2m、粗糙度RA0.8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。风险提示算力需求不及预期风险；技术路线迭代风险；市场竞争加剧及原材料价格波动风险；客户集中度及认证壁垒风险。yangzhankui02@stocke.cwangzhiqian@stocke.c2/21请务必阅读正文之后正文目录 41.1芯片及机柜功率逐步提升，突破风冷极限 41.2全栈式液冷思路下，供电架构将迎来变革 71.3800V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 132.1液冷板及机架母线渗透率提升，液冷应用领域增加，拉动铜材需求量 2.2设备性能要求提升，从“有铜就行”走向高端制造 17 174.1金田股份：AI高端铜材产能释放在即，再生铜材性能全球前列 4.2电工合金：拥有多年技术积累 193/21图1：英伟达近年芯片功率 4图2：芯片功耗发展趋势 图3：最新的液冷设计：NVIDIAGB300机架布局（左图）和计算/服务器托盘（右图）。 图4：热管理系统发展 图5：英伟达Rubin机柜中使用了5000A液冷BUSBAR 7图6：线缆与铜排性能对比 图7：机架母线截面示意图 图8：液冷机架母线实物图 图9：液冷铜排工作原理示意图 图10：风冷机架母线与液冷机架母线的截面示意图 9图11：液冷母线冷却液进出口 图12：液冷母线截面图 图13：机柜预计功率 图14：数据中心供电架构示意图（上：现行48V架构，下：未来800V架构） 图15：数据中心的架构演变历程 图16：800V机架母线(busbar)及相关产品 图17：冷板系统环路 图19：GB200液冷板及NVL72机柜示意图 图20：GB200液冷板 图21：GB300液冷板为多块组成 图22：英伟达RubinNVL72computetray及相关液冷板 图23：GB200液冷板参数 图24：GB300液冷板参数 图25：光模块液冷板 图26：光模块液冷板 图27：金田铜业再生解决方案 表1：不同功率下的机柜电流及铜排参数 9表2：高端算力铜材性能要求 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。资料来源：NationalTaipeiUniversityofTechnology,浙商证券研究所在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。TDP(W)TDP(W)500300TeslaM2TeslaK20c100X56802009201120132015200TeslaC2050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，GPU大规模部署从而产生更高的算力，用户往往将更中。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SuperPod,其功率达到1200KW,相当于传统数据中心240个IT机柜的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Verarubin架构机柜，其单柜功率超过单柜功率超过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“冷对比液冷与风冷：热管理系统如何进一步发展Row-basedcoolingwithPerimeterCRAC,ralsedfMultipletechnologie由于英伟达的Rubin平台在设计之初就以全液冷为目扇，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散热方式也从风冷转向液冷(如NVIDIARubin已采用液冷机架母线，或成未来标配)。图5:英伟达Rubin机柜中使用了5000A液冷BUSBAR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)成为第三代算力图7:机架母线截面示意图液冷化散热，提升在高载流的情况实现快速散热铜排(导电母排)铜排(导电母排)液冷管在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，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，在电流相同的情况截面积。但是由于液冷排的横截面结构较为复杂，且根据铜业发展协会，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TEConnectivity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图11:液冷母线冷却液进出口图12:液冷母线截面图1.3800V直流Busbar:高达2万安培，因此第三代架构改用800V直流或±400V直流配电，电流骤降至1250安图13:机柜预计功率资料来源：英伟达800VDC白皮书，浙商证券研究所英伟达科技博客中表述，数据中心架构将逐步从现有的交流分配向800伏直流。换和路由量，同时最大限度地减少数据中心的分发损失和端到端54伏直流系统和设施级480伏交流(VAC)系统相比，800伏直流电显著减少了电流、铜线使用和电缆体积，同时保持安全和可扩展性。对运营商来说，这意味着更高的AI令牌效率，以及能够在同一空间内容纳更多计算能力，使800伏直流成为下一代智能化的关键基GGLMediumVoltageRectifier当前415伏交流架构通过高压降压变压器、配电箱、UPS及配电柜将电力输送至机架，再由机架内PSU转换为54伏直流供IT设备使用，并可选配外部储能以缓冲GPU负载波动。为满足日益增长的功率密度需求并适配现有设施，一种换移至机架外部，采用800伏直流侧电源架(内置整流器和配电单元)实现本地供电；该方案虽因额外转换环节而非最优，但能通过将电源资料来源：英伟达800VDC白皮书，浙商证券研究所随着数据中心从48V架构向800V架构演变，其供电架构也将发生转变。同样的，机架母线能够成为一种解决方案，或将在数据中铜的广泛使用源于其卓越的热导率，能够快速吸收Al芯却剂中。这一特性对于支持当今GPU系统较高的功率密度至关重要，因为单靠空气冷却设计采用塑料作为上部，同时保留铜底座以保持最佳热性能。许多铜微小的内部通路，显著增加表面积并增强铜与冷却剂之间的热传递。通过高效理器处去除热量.铜冷板使数据中心能够支持更高的芯片性能和更高的机架密度.使其成使得GB300所需的冷板数量从GB200的45块大幅增加至117块(108块小冷板+9块大冷板),单机柜的价值量一定程度上得到提升。资料来源：云帆热管理，浙商证券研究所图22:英伟达RubinNVL72computetray及相关液冷板资料来源：Liteon,浙商证券研究所IIr4uBasbnetUaaGPu+2rGrae资料来源：Liteon,浙商证券研究所除了芯片之外，机柜中其他部件，也随着功率的提升资料来源：云帆热管理，浙商证券研究所根据测算，以一个算力柜为基本单位，以GB300为例，用冷板数量与单个冷板重量相乘，单柜对应的纯铜材需求量约1000kg。机架母线方面，根据英伟达机柜尺寸及功率推算，其母线排重量或将超过400kg。标直接决定了焊接点的密封可靠性，是防范漏液风险的关键；同时材料需具备900℃高温焊接环境下不软化的特性，确保在极端工况下仍能保持结构稳定性。在加工着算力设备对散热与导电效率要求的不断提升，铜材断面造型日趋复杂，其每2米不超过0.2毫米的超高标准，表面粗糙度则需控制在RA0.8以下；此外，面向液冷散热趋势的多孔液冷母线加工，其加工效率与弧线连续性均远超传统制造水准算力铜材综合方案解决商转型。在这一过程中，客户对供应商的专业度和产品性能提出了前所未有的高要求——只有在确保长期性能稳定的前提下，成户对于供应商的前瞻性预研开发能力、快速敏捷的迭17/21900°C）；全球AIDC建设如火如荼的同时，欧美算力中心因环保问题也曾遭遇社区阻力，算力巨头的ESG合规需求较强。相比原生铜，再生铜的碳排放仅为其20%，能大幅提升算力公根据新闻资料，美国AI数据中心建设正遭遇政策、资本与社会三重阻力：纽约州成为全美首个暂停大型数据中心许可的州，黑石、Crusoe等资本相继终止或暂停千亿级项目，71%的美国民众反对在本地建设数据中心。其主要原因在于数据中心的高能耗、高耗水与高排放已给老化电网和自然资源带来沉重压力——美国数据中心用电量已占全国4%且未来或超10%，PJM电网因数据中心需求导致供电成本上涨逾60%，社区则面临电费飙升与民生用电被挤占的困境。这些阻碍意味着，AI基础设施建设若缺乏ESG理念将难以为继。在环境层面，必须通过提升能效、采用液冷与可再生能源来降低能耗与水耗；在社会层面，项目需兼顾社区利益，避免"邻避效应"；在治理层面，透明的审批流程与合规框架是获取政策许可和资本长期青睐的前提。将ESG深度融入规划、建设与运营全周期，AI基础设施建设将更容易突破资源与民意瓶颈，实现可持续发展。再生铜不止是平级利用或降级利用。通过精炼工艺，再生铜纯度可达99.997%，甚至超过上期所A级铜标准，性能可以媲美甚至超越原生算力铜材，散热能力也获得明显提升。相较于铜精矿冶炼，每使用1吨再生铜加工材，即可节约标准煤约1,054千克、节水约395千克，并减少固体废弃物百余吨。据国际权威数据库核算，单吨再生铜的二氧化碳排放量较原生铜可降低70%以上。在全球龙头企业的引领下，市场对再生铜产品的重视度与需求正快速提升。以苹果公司为例，其"Apple2030"计划明确提出于2030财年实现全价值链碳中和，对所采购再生铜产品的碳减排效能、碳税节约能力以及供应商碳足迹追溯管理水平均提出了极为严苛的要求。这使得再生铜产品在技术工艺难度、产品价值量及利润空间等维度优于原生铜产品。18/212025年，公司芯片半导体领域铜材销量4.1万吨，同比增速21%，其中算力散热领域1.41万吨，同比增速55%。目前，公司芯片半导体领域铜排产能3.5万吨，机架母线领域铜排产能1.5万吨。同时，公司通过在广东设立液冷科技子公司，并计划在越南投资建设“年产3万吨液冷散热及机架母线用高精密铜排生产项目”，以进一步推进上述领域相关业务专业化及高速发展。AI散热领域方面：针对AI处理器对超高散热效果的需求，金田铜业突破传统铜材加工工艺，开发了高精密异型无氧铜排产品、高性能电磁线、稀土永磁材料等各类高端材料，广泛应用于顶级GPU（图形处理器）三维蒸汽腔新型散热方案、人形机器人驱动电机等领域。不仅如此，在人形机器人电机小型化、高功率化的发展趋势下，企业开发的高精密高导电微细电磁线等材料，已与国内多家机器人公司达成项目合作，小批量供货于多款型号机器人驱动及关节电机中。金田铜业紧扣新能源汽车、AI人工智能、人形机器人等新兴领域需求，以数智化赋能产品迭代升级，同时深耕低碳再生铜研发制造，产品已应用于高端电子、汽车工业等领域。面向未来，金田铜业将以科技创新为驱动，持续深耕高端铜基材料领域，再生铜材方面：作为果链重要低碳再生铜供应商，随着新能源汽车、AI等新兴产业用铜需求持续扩张，金田铜业依托高端再生铜提纯技术，建起涵盖“回收-分选-精炼-高端深加工”的全闭环产业链，每年可完成60万吨再生铜资源化循环，各条再生铜产线均处于满负荷运转状态，再生铜板块整体利润增幅超50%。此外，公司还搭建了精细化的碳足迹核算数据库体系，具备精准的碳足迹核算与管理能力，能针对每款产品的加工流程进行全链条碳排放测算，实现碳足迹认证。金田铜业作为国内再生铜利用量最大、综合利用率最高的企业之一，是实现了再生铜全产业链闭环的公司，可将成分复杂的再生铜提纯至99.997%以上，纯度超过原生矿铜品质，满足高端制造领域的严苛性能要求。此外，作为国家再生铜标准主起草单位，金田铜业还是全国首个进口再生金属原料差异化检验监管创新试点。金田拥有SCS翠鸟再生成分认证、GRS全球回收标准认证、LCA碳足迹认证等，低碳再生产品覆盖铜带、铜线、电磁线、铜管等，广泛应用于消费电子、汽车工业、电力电气等领域，并获众多世界500强企业认可。低碳再生磁钢解决方案低碳再生磁钢解决方案LowCarbonRecycledagnetSolutions阳极钢原料低碳再生铜解决方案公司在铜母线领域拥有多年深厚积累，连续多年获评省级科技型及民营科技企担并实施了多项科技型中小企业技术创新基金项目及国家火炬计划项目，除还能为客户定制化生产新型铜母线及深加工零部件，且产品机电性能普遍高标准；凭借专业化定制服务和多样化产品组合，可为客户提供非标铜技术路线迭代风险。若高压直流配电架构(如800V±400V)推广进度不及预期，或芯片功耗优化取得突破性进展导致机柜功率密度市场竞争；同时铜材价格受全球大宗商品市场影响波动较大，20/21请务必阅读正文之后客户集中度及认证壁垒风险。