【行业研究】预计服务器PCB市场规模在2026年可达到132.94亿美元_世界报资讯

2023-05-12 11:17:09 来源 : 面包芯语

PCB广泛应用于通信、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制、军事、航空航天、医疗器械等领域，服务器应用增速高于行业平均。根据Prismark数据，2021 年全球PCB市场下游第一大应用为通讯领域，占比达32%；其次是计算机行业，占比24%；再是消费电子领域，占比15%；服务器领域占比10%，市场规模为78.04亿美元，预计2026年达到132.94亿美元，复合增长率为11.2%是下游增速最快的领域，高于行业平均4.8%。

(资料图片)

图1：全球PCB下游应用领域增速

一、AI时代海量算力需求促进服务器升级，带动 PCB 板量价齐升

1. PCB 板为服务器提供数据传输和部件支撑功能，多层板是需求主量

服务器中 PCB 板主要应用于主板、背板和网卡，承担数据传输和连接各部件功能。从材料结构角度来细分，服务器内部涉及PCB的主要部件包括CPU、内存、硬盘、硬盘背板等；从PCB的用途来分PCB基本上包括了背板、高层数线卡、HDI卡、GF卡。

1）背板：服务器背板是支撑主板和存储或电源等部件之间的相互连接，并为所支撑的主板提供电源和数据信号传输的框架。

2）主板：服务器主板是服务器最主要的部件，其他组件包括处理器（CPU）、芯片组、硬盘驱动器控制器都连接到主板上，为支持使用外部设备，主板还布置扩展插槽、内存和端口、网络接口等，内存和CPU都必须与主板兼容，多颗处理器模块共享内存子系统以及总线结构。服务器主板还承载了管理功能。主板上集成了各种传感器，用于检测服务器上的各种硬件设备，同时配合相应管理软件，可以远程检测服务器。

3）网卡：网络接口卡，一般用于服务器与交换机等网络设备之间的数据传输。由控制器、boot ROM槽、网卡端口、主板接口等部件集成于PCB上，分为PCI-X总线网卡和PCI-E总线网卡。

4）Riser卡：插在PCI-E接口上的功能扩展卡或转接卡，是新一代的总线接口。包插槽、连接器、功耗监测芯片以及温度传感芯片等部件，连接器与主板CPU或GPU连接，形成数据传输的通道。

服务器高运作强度、巨大数据转换量和I/O吞吐量，PCB需求主要以高多层板为主。服务器要响应终端的服务请求并进行处理，并且对信息进行存储，一台服务器可能需要支持几百台客户机，并且不停地运行，处理着大量的数据，需要有强悍的服务性能。

现有服务器产品背板一般层数在20层以上，板厚在4.0mm以上，纵横比大于14:1；主板层数在16层以上，板厚在2.4mm以上，外层线路设计通常在0.1mm/0.1mm及以下；网卡一般在10层以上，板厚1.6mm 左右。据 Prismark 统计，服务/存储的 PCB 需求以 6-16 层板和封装基板为主，占比 46.88%。

2. AI时代高算力芯片打开海量市场，PCB协同升级

2.1. 芯片性能拉动PCB性能同步升级

AI技术蓬勃发展和广泛应用，高性能计算能力芯片需求空前旺盛，带动服务器整体性能提升。ChatGPT目前在各种专业和学术基准上已经表现出人类水平，发布后推出2个月后用户量破亿。同时，国内百度“文心一言”、阿里“通义千问”等一系列中文大模型也陆续推出。人工智能架构中，芯片层为整个架构提供算力基础支撑，每一次大模型的训练和推理对芯片提供的算力基础提出要求。

历代GPT的参数量呈现指数级增长，随着AI的进一步发展，算力的需求将持续扩张，将持续带动高性能的计算芯片的市场需求，根据亿欧智库预测，2025年我国AI芯片市场规模将达到1780亿元，2019-2025CAGR可达42.9%。目前服务器龙头Intel已经逐步出货针对HPC和人工智能领域的服务器产品，在AI方面即可实现高达30倍的性能提升，并且在内存和接口标准上进一步过渡到DDR5和PCIe 5.0等行业领先水平。

海量算力需求依托AI服务器，增配高算力GPU芯片。由于GPU可兼容训练和推理，与CPU相比可以实现10-100倍的吞吐量，更加适配AI模型训练和推理。2021年中国AI芯片市场中，GPU占比达到91.9%，华经产业研究院预测全球GPU行业市场规模将保持高速增长态势，预计2027年将达到1853.1亿美元，复合年均增长率32.82%。目前，GPU芯片以英伟达为行业龙头，搭载8片英伟达最新GPU H100SXM芯片的服务器相较于搭载其上一代GPU产品A100的服务器，算力可达50倍。一般AI服务器会增配4-8颗GPGPU形成GPU模组，与通用服务器相比将在基础上增加GPU板用量，一般是6层或4层PCB。

图3：2021-2027年全球GPU市场规模（单位：亿美元）　　

PCB作为算力芯片基座与信号传输通道，对服务器性能提升至关重要。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。随着芯片性能的不断提升，PCB作为芯片基座和信号传输通道，不仅需要为芯片提供更高的基础度和稳定性，针对性的升级改革以满足增加的GPU模块对针脚数和对显存颗粒需求，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，未来服务器的性能不断提升，PCB板也需同步升级。

2.2. PCIe升级，传输速率加强带动PCB量价提升

PCIe可拓展性强、传输效率高，可实现高效率数据传输。PCIe 是一种高速串行计算机扩展总线标准，属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要用于外围设备的连接和扩展，可以支持显卡、固态硬盘（PCIe接口形式）、网卡和其他I/O接口等。由于PCIe是点对点结构，数据可以直接从总线与处理器直连，提高外围设备的数据传输速度。对于数据处理需求大的服务器而言，PCIe总线可适配高算力的CPU、GPU芯片，高效率的传递处理器与内存、硬盘等部件的信息交换。

PCIe协议升级，适配服务器数据处理增量。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。从2003年的PCIe1.0发布，PCI-SIG逐步将PCIe规范的I/O带宽翻倍，2019年PCI-SIG推出PCIe5.0新标准，通过改变电气设计改善信号完整性和机械性能减少了延迟、降低了长距离传输的信号衰减。与PCIe4.0相比，PCIe5.0信号速率达到32GT/s，能够更好地满足吞吐量要求高的高性能设备，如数据中心、边缘计算、机器学习、AI、5G网络等场景日益增长的需求，目前Intel和AMD相关产品都陆续出货中。2022年，PCIExpress6.0规范发布，将PCIe通道的数据速率提高了一倍，均达到了8GB/秒，该组织预计第一个商用硬件将在12- 18个月内上市，预计在2023年开始出现在服务器上。

图4：PCI Express总线性能

PCIe协议升级推动服务器PCB用料升级、工艺难度提升，价值量增加。随着PCIe协议升级带来的传输速率的提高，对于布线的PCB也提出了更高的工艺要求：

一方面，由于PCB层数越多，设计越灵活，能够对电路起到更好地抗阻作用，更易于实现芯片之间地高速传输，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。随着服务器平台升级到PCIe5.0，传输速率达到36Gbps，PCB的层数将达到18层以上，层数的提高也会带来板厚的升级，从12层板的2毫米逐渐升级到3毫米以上。

另一方面，信号频率越高，PCB传输损耗越大，服务器PCB产品的材料亦会从低损耗材料升级为超低损耗材料，PCIe5.0要求CCL材料升级到Very Low Loss等级，为了满足高速高频，减少信号在传输过程中的介质损耗，介电常数Dk、介质损耗因子Df进一步下降。

随着材料的升级，M6 等级以上的材料铜和树脂对结合力有损耗，制作工艺上难度提升，PCB单价显著提升。

未来服务器市场需求增长，PCB作为适配部件量价齐升。根据IDC，2022年全球服务器市场规模达1,177.1亿美元，同比增速达20.04%。根据 TrendForce 数据，截止 2022 年全球搭载 GPGPU 的 AI 服务器（推理）出货量占整体服务器比重约1%，同时 TrendForce预测2023年伴随AI相关应用加持，年出货量增速达到8%，2022~2026年CAGR为10.8%，高算力的服务器市场增量显著。根据Prismark的数据，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。

图5：多层PCB价格（元/平）

二、国内产值全球占比过半，产品逐步迈向高端

中国PCB产值占比过半，逐步成为全球PCB产业中心。随着PCB 产业转移的深化，我国PCB产值规模比重将进一步提升。

PCB行业集中度低，头部效应不明显。PCB的应用场景、产品、性能、材料等方面有较大的差异，导致整个行业具有明显的定制化特点，行业参与者众多，导致供给格局分散。2021年全球PCB行业CR3集中度超过 15%，CR5集中度约25%，而CR10集中度接近40%。综合来看，全球PCB市场整体集中度偏低，市场内企业数量较多且竞争十分激烈，头部规模效应不明显。从市场规模看，2021年全球PCB行业市场规模809亿美元，其中前十大PCB厂商收入合计为284.04亿美元。

图6：2021年全球PCB制造商市场份额占比（按营收）

图7：2018年个国家/地区PCB产品结构　　

下游其他应用领域快速拓展不断升级，服务器领域 PCB 板往高速高频发展。PCB 朝着微型化、轻便化和多功能方向发展，如在消费电子领域，受智能手机、平板电脑等不断向小型化和功能多样化发展，PCB 上需要搭载更多的元器件并不断缩小尺寸。在计算机和服务器领域，在高速高频的 5G 时代和 AI 浪潮下，通信频率和传输速率大幅提升，PCB 需高频高速工作、性能稳定、可承担更复杂的功能，满足低介电常数、介质损耗因子和低粗糙度的技术指标要求。目前服务器/存储器需要六至十六层板和封装基板，高端服务器主板层数在十六层以上，背板层数超过二十层，未来随着服务器的需求要求提高，PCB 的技术水平还需不断升级。

国内PCB厂商实现技术突破，产品逐步迈向高端。经过长期耕耘和投入，目前国内各大PCB厂商都已经取得一定的技术成果，在各细分领域形成了自身的竞争优势与议价能力。沪电股份、深南电路、生益电子等厂商供给产品的最高层数可达到40层，深南电路背板样品采用材料混压、局部混压等工艺，最高层数可达120层，批量生产层数可达68层，处于行业领先地位。沪电股份与深南电路目前都已具备Eagle Stream服务器PCB产品的批量生产能力，可适配服务器龙头厂商Intel的生产需求。在高端服务器领域，其他厂商也在积极布局，鹏鼎控股研发新技术包含云端高性能计算及AI服务器主板技术等，崇达技术和胜宏科技的针对高端服务器的相关产品都已陆续出货应用。

未来，随着各大厂商的持续技术研发，国内 PCB 产业技术水平能持续提升。