新材料行业深度研究：AI算力以及5.5G演进，带动高频高速材料发展

今天分享的新材料行业系列深度研究报告：《新材料行业深度研究：AI算力以及5.5G演进，带动高频高速材料发展》。

（报告出品方：国金证券）

报告共计：21页

一、AI 服务器发展将带动覆铜板材料环节的创新

1.1 AI 服务器发展和普通服务器升级带动 M6+以上覆铜板使用

高速数据传输对覆铜板材料的电性能提出了新的要求。覆钢板材料本身在电场作用下存在一定的能量耗散，会造成信息传输过程中的信号损失，不利于信息的高速传输。其中最为关心的是电性能中的 Dk 与 Df (介电常数和介质损耗因子)，尤其 Df 指标。

松下电工 Megtron 系列为高速覆铜板领域分级标杆，历年发布的不同等级高速覆铜板依 次为 Megtron2、Megtron4、Megtron6、Megtron8 等（简称为 M2、M4、M6、M8）。覆铜板业内其他厂商会发布基本技术等级处于同一水平的对标产品，逐渐形成了覆铜板 M2-M4- M6-M8 的演化路径。

AI 服务器我们瞄准英伟达 DGX A100 和 DGX H100 两款具有标杆性产品力的产品进行分析，我们首先从 DGX A100 出发来观测具有产品力的 AI 服务器的基本架构。

从功能性的角度，我们认为 AI 服务器的 PCB 价值量计算可以归纳为三个部分，其一是AI 服务器最为核心的 GPU 板组，其二是所有服务器都必备的 CPU 母板组，最后是风扇硬盘、电源板块等配件组。GPU 板组的 PCB主要是由4个部分组成，GPU 载板、NVSwitch,OAM、UBB。目前英伟达服务器的 UBB 部分主要用台光 890K 覆铜板，而 OAM 部分用台光528K(对应松下 M6+) 覆铜板。树脂方面，PPO 可以满足更低的 Df 需求,双马 BMI 提供压合以及辅料等需求，根据台光电子官网以及产业链调研，台光电子 528K 覆钢板主体树脂以双马 BMI 树脂为主，而 890K (对应松下 M7+) 覆铜板主体树脂以 PPO 为主，双马 BMI树脂为辅。

普通服务器迭代升级使总线标准从 PCIe4.0 升级至 PCIe5.0，进而提高服务器高多层 PCB 需 求 , 高 速 覆 铜 板 市 场 有 望 进 一 步 增 长 。 PCI-Express(peripheral component interconnect express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，PCIe 5.0 有望升级为服 务器 PCB 市场的主流，PCIe 接口通常用于将高性能外围设备连接到用户计算机，最常见的例子是 GPU 显卡，因为现代游戏、科学、工程和机器学习应用程序涉及处理大量数 据。PCIe5.0 最重要的一个特性是速度，PCIe5.0 的速度是 PCIe4.0 的两倍。

高效传输要求更多层高速覆铜板。提高传输效率需要高效的走线布局和更多层的高速覆 铜板，进而降低信号间的干扰程度，普通服务器迭代后高速覆铜板的层数将得到较大幅 度的提高。根据行业数据，PCIe4.0 服务器如 Intel Whitley 和 AMD Zen3 的覆铜板在 12- 16 层，而 PCIe5.0 服务器如 Intel Eagle Stream 和 AMD Zen4 的覆铜板用料在 16-20 层， 预期未来普通服务器将大量采用 PCIe5.0 总线配置，通信行业对更多层覆铜板需求进一 步提升。PCIe5.0 单通道需要的速率 4Gb/s，对应 8 通道需要的传输速率为 32Gb/s。在这 样的传输性能要求上，需要更高等级的覆铜板进行支持，M6+以上高速覆铜板将成为标配。

1.2 在 M6以上覆铜板中，双马 BMI 树脂和PPO树脂需求量将大幅增加

覆铜板是将玻璃纤维布或其它增强材料浸以树脂，一面或双面覆以钢箔并经热压制成的板状材料。以玻璃纤维布基覆铜板为例，其主要原料为铜箔、纤维布、树脂，分别占成本的 42%、19%和 26%。从成本占比来说，电子树脂占覆铜板生产成本的比重约为 25-30%在当前迅速发展的高速高频覆钢板中，电子树脂所占的成本比重将进一步提高。

树脂的类型、含量和固化程度等因素也会影响到介质特性。一般而言，为了降低介质损 耗，需要选择低介电常数、低损耗因子、均匀固化的树脂，目前，常用的树脂类型有环氧树脂（EP）、聚酰亚胺树脂（PI）、聚苯醚树脂（PPO）、双马 BMI 树脂等。

下面，我们详细测算 A1 服务器以及普通服务器升级对双马 BMI 树脂和 PPO 树脂需求量的拉动量。

(1)AI 服务器 PPO 消耗量和双马 BMI 树脂消耗量。单台服务器 PPO 消耗量等于单平方米PP 片PPO 重量乘上单台设备 PP 片层数乘上单片 PP 片面积，根据产业链调研情况，我们了解到 Very Low Loss 及以上等级 CCL 每平方米 PP 片PPO 或者双马 BMI 重量约为 80g,再根据我们电子组报告《AI 服务器中到底需要多少 PCB》中测算的以 DGX H100 为代表的Al 服务器 PCB 拆解数据来看

GPU 板组主要构成部分是UBB 和OAM: 单台 A 训练服务器 GPU 板组中26层UBB 会用25层PP 片、每一层PP 片的面积约为 0.3 平方米，18层0AM需要17层PP 片、8张OAM面积为 0.24 平方米，由此我们可以得出单台 AI 训练服务器 GPU板组中UBB 部分对于PPO 消耗量为 0.6kg (80g/平米*25 层*0.3 平米/层=0.6kg)，对于双马 BMI 树脂消耗量为0.24kg(32g/平米*25 层*0.3 平米/层=0.24kg)。单台 AI 训练服务器 GPU 板组中OAM 部分主要用到双马BMI 树脂，对双马消耗量为 0.33kg(80g/平米17层*0.24平米/层=0.33kg)。考虑到树脂环节到覆铜板环节损耗率约 8%以及覆铜板环节到到 PCB 环节损耗率约 10-18%,GPU 模组对应 PPO 消耗量为 0.74kg，对应双马 BMI 的消耗量为 0.7kg。

在计算 GPU 构成时，23 年及以后我们按照8 卡为1台训练 GPU、4 卡为一台推理 GPU 进行测算。考虑到推理 GPU 的加速卡数量相对训练 GPU 大约少 50%，我们推估 AI 推理 GPU对应 PPO 消耗量为训练服务器的一半，即为 0.38kg。AI 推理 GPU 对应双马 BMI 消耗量为训练服务器的一半，即为 0.35kg。

CPU 主板: CPU母板组中 CPU主板也会升级至 PCIE5.0、采用 Very Low Loss 等级以上的材料，根据前期报告 CPU 母板需要 15 层 P 片、面积为 0.3 平方米，按照单平方米消耗80g 的 PPO 树脂或者 80g 的双马 BMI 树脂，可计算得到 AI 服务器 CPU 主板所需 PPO 或者双马BMI 量为 15层*0.3平米/层*80g=0.36kg。考虑到树脂环节到覆铜板环节损耗率约 8%以及覆铜板环节到到 PCB 环节损耗率约 10-18%，CPU 主板对应 PPO 或者双马 BMI 消耗量为 0.44kg。

(2)AI 服务器数量。据 IDC 数据，2021 年数据中心用于推理的服务器的市场份额达到57.6%，预计到 2026 年，用于推理的工作负载将达到 62.2%。根据产业链调研，2023/2024年A1 训练卡出货量在 150 万和 300万张左右，根据IDC 预测的推理/训练占比可测算推理卡出货量，总体而言，对应 2023-2025 年A1 服务器出货量为 46 万台、95 万台、164 万台，其中A1 训练服务器出货量为 19 万台、38 万台、63 万台，AI 推理服务器出货量为 28 万台、58 万台、101 万台。

(3)普通服务器升级的 PPO 消耗量和双马的消耗量。普通服务器中用到 PPO 的 PCB 板主要为 CPU主板，根据前期报告普通服务器 CPU 主板层数约为 16 层、对应 15层 PP 片，面积约为0.24 平方米，因为 CPU 主板主要是 M6 以及以上覆铜板，而各个厂家的 M6 覆铜板树脂的技术路线有差异，我们按照单平方米 PP 片消耗 80g 的 PPO 树脂或者 80g 的双马 BMI树脂计算，则单台普通服务器 PPO 或者双马 BMI 需求量为 0.29kg，考虑到树脂环节到覆铜板环节损耗率约 8%以及覆铜板环节到到 PCB 环节损耗率约 10-18%，单台普通服务器PPO 或者双马 BMI 需求量为 0.36kg。

根据 IDC 数据，2023-2025 年全球服务器出货量为 1493 万台、1626 万台和 1763 万 台，扣除前述预测的 AI 服务器出货量，则普通服务器出货量在 2023-2025 年将达到 1447 万台、1531 万台和 1599 万台。

假设 PCIE 5.0 在 2023-2026 年的渗透率分别达到 10%、40%、60%和 80%；根据台光电子 官网以及产业链调研，我们假设 CPU 主板部分，以双马 BMI 为主体树脂的工艺占比约 40%， 以 PPO 为主体树脂工艺占比约 60%。通过测算，我们预计 2023-2026 年，由于 AI 服务器 和普通服务器升级的带动，双马 BMI 树脂需求量为 837 吨、1749 吨、2607 吨和 3726 吨， PPO 需求量为 2155 吨、3717 吨、5233 吨和 7197 吨。

双马 BMI 树脂供应格局：目前全球可以批量供货的有东材科技、日本 KI 和日本 DAIWA。 东材科技是双马 BMI 树脂的龙头。根据公司公告，目前公司双马 BMI 树脂出货量 2023 年 每个季度呈现逐步提升的趋势。

聚苯醚树脂（PPO）等树脂材料拥有较低的介电损耗，可用来提升覆铜板的电性能,是未来高速产品的首选。在供给端，根据查询各个公司公告以及沙比克年报等，我们得知目 前全球有沙比克、旭化成、日本三菱瓦斯化学、圣泉集团等少数几家企业掌握了工业化 生产 PPO 的能力和改性能力。

无论是双马 BMI 树脂，还是 PPO 树脂，均需要通过下游 CCL、PCB 和终端服务器厂商的三 重认证，供应商资质极难拿到，整个认证周期算下来起码要在 2 年以上。我们预计，双 马树脂方面，东材科技将持续保持全球优势地位。PPO 树脂方面，主要看国内 CCL 厂家和 PCB 厂家对于新的供应商的引入和认证。

二、通信技术向 5.5G 演进，推动 LCP 材料应用及发展

随着 5G 通信技术、汽车智能化的迅速发展以及数据中心、云计算的需求快速增长，数据传输带宽及容量呈几何级数增加，其对各类电子产品的信号传输速率和传输损耗的要求都显著提高。其中，信号传输损耗主要包括导体损耗与介质损耗，其中介质损耗与介质材料的介电常数 (Dk)、介电损耗 (DF) 呈正比，信号传输延迟与介质材料的介电常数(Dk) 呈正比，为了降低信号传输损耗和延迟，高频高速覆铜板对其基材提出了降低介质材料的 Dk 与 Df 值的要求。高频高速覆铜板是目前移动通信领域 5.5G、5G、4G 基站建设的核心原材料之一，是无人驾驶毫米波雷达、高精度卫星导航等技术升级所需的重要新兴材料，是通信装备、航天军工等产业急需的关键基础材料。

2.1 通信基站进入升级周期

在5G基站设备中，高频通信材料是基站天线功能实现的关键基础材料。相比于4G 基站5G 基站架构发生了比较大变化: 4G 基站架构主要包括无源天线、远端射频单元 (RRU)和基带处理单元 (BBU): 在 5G 时代，无源天线、RRU 以及部分物理层将演进为有源天线单元 (AAU)，而BBU则会拆分为分布单元 (DU) 和集中单元 (CU)。5G 通信使用的 PCB基板材料满足高频高速、一体化、小型化、轻量化、和高可靠性的要求。特别是树脂材料要求低介电常数（Dk）、低介质损耗（Df）、低热膨胀系数（CTE）和高导热系数。目前， 以聚四氟乙烯（PTFE）热塑性材料和碳氢树脂（PCH）类热固性材料为代表的硬质覆铜板， 凭借低介电性能占据了 5G 高频/高速 PCB 基板的绝大部分市场。

同等信号覆盖区域所需 5G 宏基站数量远多于 4G 宏基站数量。据国家工信部统计数据显 示，根据 iFinD 数据，2023 年 9 月末，我国累计建成并开通 5G 基站 318.9 万个，占移动 基站总数的 27%。5G 波长为毫米级，波长极短，频率极高，造成绕射和穿墙能力差，在 传播介质中的衰减情况严重，相比于 4G 基站，5G 宏基站覆盖区域较小。未来在热点区域、人口密集区域进一步铺设小基站，有望带动高频覆铜板市场需求持续增长。

2021 年 4 月，国际标准组织 3GPP 正式确定 5G-Advanced（5G-A）为 5G 下一阶段演进官方 名称，从 Rel-18 开始，这标志着全球 5G 发展进入 5.5G 新阶段。5.5G 的主要使命有两 个：一是把 5G 不足的地方修正、加强；二是根据行业的发展变化，给 6G 的未来发展探索 最新的方向。2023 年 6 月 27 日，工信部发布新版《中华人民共和国无线电频率划分规 定》，率先在全球将 6425-7125MHz 全部或部分频段划分用于 IMT(国际移动通信，含 5G/6G) 系统。此次以法规形式确定其规则地位，有利于稳定 5G/6G 产业预期，推动 5G/6G 频谱资 源全球或区域划分一致，为 5G/6G 发展提供所必需的中频段频率资源，促进移动通信技 术和产业创新发展。5.5G 作为 5G 和 6G 之间的过渡和衔接，大概会持续 5 年以上。

5.5G 将实现下行万兆（10Gbps）、上行千兆（1Gbps）的峰值速率，以及毫秒级时延、低 成本千亿物联。与 2019 年开始商用的 5G 相比，5.5G 将带宽速度提升 10 倍、时延降低 10 倍、连接密度提升 10 倍，定位精度也从 5G 的亚米级提升至厘米级。5.5G 将增加新的 能力，支撑新场景新业务的应用。5.5G 将面向三大应用场景，eMBB（增强移动宽带）、 mMTC（海量物联）、URLLC（高可靠低延时连接）。

标准节奏明确，5.5G 已经从愿景走向共识。5.5G 已经开启标准化的进程，将通过 3GPP R18、R19、R20 三个版本定义 5.5G 技术规范，持续丰富 5.5G 的技术内涵。随着 R18 首批 课题的立项，5.5G 技术研究和标准化进入实质性阶段，确立了 R18 将面向 eMBB 持续增强 的方向。在未来的 R19 和 R20 版本，将面向新业务和新场景持续增强。

关键技术突破，超大带宽和超大规模天线阵列已验证万兆能力。5G 时代，大带宽多天线 是实现跨代体验的关键，兑现了 Gbps 的能力。5.5G 技术进一步突破，超大带宽和超大规 模天线阵列技术，也就是 ELAA 技术，成为 5.5G 能力十倍升级的关键。华为联合多个运 营商已经验证了超大带宽和 ELAA 的能力。在毫米波频段，800MHz 带宽结合超 2000 个阵 子天线，实现了 10Gbps 体验；在 6GHz 频段，400MHz 带宽结合超 1000 个阵子天线，也同 样兑现了万兆能力，同时覆盖距离和 C-Band 相当。

根据 IHS 数据显示，2022 年全球 5G 基础设施市场产值达 322 亿美元，同比增长 9.5%， 主要包含 RRU、BBU、小基站、MIMO 主动天线及 5GC 核心网等设备。我们认为，随着 5.5G 的建设启动，国内 5G 基础设施环节有望迎来继 4G 向 5G 演进之后又一波量价齐升的增长， 超越全球市场的增速，由此将带来从 5.5G 设施到应用的全产业链投资机会。

2.2 基站向5.5G 演进，天线、滤波器、PCB 等环节都有望受益

相较于 5G 基站，5.5G 基站的超大规模天线数量提升至 192 通道以上，成倍数增长。随着基站通讯频段向5.5G 演进，对基站射频的性能和数量都产生了新的需求，天线、滤波器、PCB 等环节有望受益。

射频，是频率介于 300kHz-300GHz 之间的，可以辐射到空间中的高频交流变化电磁波的简称。射频主要用于实现无线通讯的两个本质功能一一发送和接收，即将二进制信号转变为高频率无线电磁波信号并发送，以及接收无线电磁波信号并将其转化为二进制信号从结构来看，射频可以拆分为天线、射频收发芯片、基带和射频前端。射频前端的功能为无线电磁波信号的发送和接收，是移动终端设备实现蜂窝网络连接、Wi-Fi、蓝牙、GPS 等无线通信功能所必需的核心模块，可以进一步拆分为天线调谐器(Tuner)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、功率放大器 (PA) 和低噪声放大器 (LNA)。随着基站通讯频段向 5.5G 演进，对射频的性能和数量都产生了新的需求。

MassiveMIMO（大规模天线技术）是 5G 通信提高系统容量和频谱利用率的一项关键技术。 MassiveMIMO 技术的应用使得 5G 宏基站天线通道数量大幅增加。在 2G/3G/4G 时代，天线 多为 2/4/8 端口。进入 5G 时代，宏基站使用的天线通道数以单面 64 个为主流，每个基 站通常需要设置三面天线，从而实现 360 度的覆盖范围。大规模天线技术是 5G 通信提高 系统容量和频谱利用率的关键技术，相较于 5G 基站，5.5G 基站的超大规模天线数量提升 至 192 通道以上，成倍数增长。其次基站天线数量的增加导致了单个基站对滤波器的需 求量增加。5G 基站对 MassiveMIMO 技术和有源天线技术的应用，使单面天线需要 64 只滤波器，单个宏基站三面天线需要 192 只滤波器，5.5G 通道数是 5G 的 3 倍以上，因此对滤波器的需求也成倍增长。

5G 通信设备信息互联的复杂度快速提升，配套的 PCB 也将向高速大容量的方向发展，在频率、速率、层数、尺寸以及光电集成上提出更新的要求。5.5G 较 5G 的带宽进一步增加，在设备尺寸变化不大的前提下，需要通过增加 PCB 导通层数来提升数据转发处理能力。滤波器等元器件数量与天线数量成正比，元器件数量的提升会进一步增加 PCB 面积，所以5.5G 建设将进一步带动高速多层 PCB (20-30 层，核心设备高速 PCB 层数达 40 层以上) 需求提升。

2.3 基站升级将催生LCP 材料创新应用

随着 5.5G 频段向上迁移，LCP 材料需求将大规模上升。LCP 全称液晶聚合物 (LiquidCrystal Polymer)，兼具低介电损耗和可加工性能，并且能够满足挠性线路的材料要求产业内对于 LCP 材料最著名的商业化使用即为苹果手机内连接天线。

LCP 材料从上游树脂生产开始到成品环节的 LCP 三种不同的加工成型产品：LCP 注塑型产 品、LCP 薄膜类产品（软板路径）、LCP 纤维类产品（硬板路径）；再到中游的软板路径 FCCL、硬板路径的电子布；最终形成模组型态应用于终端产品。

LCP 是目前在进行推广的天线材料。振子是天线内部最重要的功能部件，为了减轻重量 和降低成本，塑料振动器受到关注，塑料振动器已引入量产 LDS 工艺（激光直接结构化 技术，即利用 CNC 激光器将电路图案直接转移到成型塑料原件表面，并利用三维表面 三维工件形成电路互连结构技术），采用 LDS-LCP 材料，LCP 材料具有极低的介电损耗、良好的耐热阻燃性、极低的热膨胀系数，在 5.5G 高频段具有明显的竞争优势。我国当前 5G 频段为 Sub-6GHz（450MHz--6GHz），5.5/6G 的频段则需达到 6GHz 以上，而 5.5/6G 的 商业化应用的全面实现，还需要毫米波基站和网络设备的配合部署，届时，基站频段将 高达到 24GH 及以上,高频段下，基站侧的天线端及传输端材料急需更低的介电损耗材料。 以当前 Sub-6GHz 使用的高频高速材料为例，所选用的覆铜板原材料主要为 PPO/碳氢 /PTFE 树脂以及高端石英玻纤布，迈入 24GHz 后，当前的树脂材料仍可以使用，但玻纤布 性能会有一定的瓶颈，即使改性后其介电常数也仅达到 4（改性之前为 6），而适合 24GHz 频段的材料介电常数为 2-3（更高频段甚至需求 2 以下），LCP 玻纤布介电常数可以达到 这一范围，改进后更有望达到 1.6。值得注意的是当前我国 Sub-6GHz 所使用的高端石英 玻纤布存在着明显的供应链短板，主要依赖海外厂商和中国台湾厂商（主要日本日东纺、 日本玻璃布集团以及台湾玻璃布集团），未来，随着更高频段的基站建设开展，这一关键材料的国产化刻不容缓。

从竞争格局来看，上游 LCP 树脂方面，目前海外企业处于领先地位，国内低端树脂环节 已基本实现突破，高端领域，普利特能够实现量产。LCP 成品主要分为 LCP 注塑型产品、 LCP 薄膜类产品和 LCP 纤维产品。LCP 注塑产品由于相对低端，国内厂商能实现量产，主 要应用于汽车连接器、电脑散热风扇叶片材料等领域。LCP 薄膜类产品海外生产厂家为可乐丽、村田，但村田自身产业链涉足中游环节，成品完全自供用，不外售。国内方面， 拥有薄膜吹膜及后道设备的厂家为普利特和宁波聚嘉。

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