有色专题：算力金属新材料助力AI大时代发展

AI大时代为材料端带来机遇，算力有望高速增长。Chatgpt带火AI产业链，未来有望快速发展。在基础层，算力将是重点。算力的核心部件在于各类芯片，包括CPU、GPU、ASIC等一系列芯片。算力的核心系统在于各类服务器。结合华为GIV预测，2030年全球算力规模有望达到56 ZFlops，平均年增速达到65%。其中基础算力达3.3ZFlops，平均年增速27%；智能算力达52.5 ZFlops，平均增速超80%；超算算力达0.2ZFlops，平均年增速超过34%。AI大时代下算力、硬件的发展将为材料端带来机遇。 GPU及服务器相关材料有望快速发展，关注电感、衬底、电子焊接、溅射靶材等核心材料。（1）核心电感元器件为GPU起到供电作用，上游为软磁粉芯，关注铂科新材-电感+软磁龙头、悦安新材-羰基铁粉龙头、东睦股份-软磁龙头等企业；（2）磷化铟、砷化镓等芯片衬底有望随AI以较快增速发展，关注云南锗业-磷化铟砷化镓衬底龙头、天通股份-铌酸锂压电晶体龙头等企业；（3）电子焊锡材料是半导体不可或缺的原材料，有望随AI需求快速增长，关注锡业股份-全球唯一锡全产业链A股上市公司、华锡有色-并购重组开启矿山业务、有研粉材-锡焊接材料龙头等公司；（4）溅射靶材是半导体必备原材料，关注有研新材-高速扩产溅射靶材龙头、贵研铂业-持续扩产靶材龙头、安泰科技-难熔金属及其合金靶材制造商等公司。（5）MLCC粉是消费电子电容器中重要组成原材料，关注博迁新材-MLCC粉用金属粉末生产龙头企业。 关注应用层核心材料及龙头公司。（1）散热部件在GPU高速运算中起到重要的散热作用，关注精研科技-国产散热部件制造商持续放量；（2）机器人核心部件伺服电机，上游为钕铁硼磁材，关注金力永磁、中科三环、宁波韵升、正海磁材、英洛华、大地熊；（3）高速线缆板块，关注沃尔核材-400G/800G高速线缆供货厂商。 投资建议：1）电感板块推荐铂科新材、悦安新材，关注东睦股份，2）衬底板块关注云南锗业、天通股份、3）焊锡板块关注锡业股份、华锡有色、有研粉材；4）溅射靶材板块关注有研新材、贵研铂业、安泰科技；5）MLCC粉用金属粉关注博迁新材；6）散热部件关注精研科技、7）永磁板块推荐金力永磁，关注中科三环、宁波韵升、正海磁材、英洛华、大地熊、8）高速线缆板块关注沃尔核材。 风险提示：AI算力发展不及预期；半导体技术进程超预期；AI大时代下新入局者加剧材料行业竞争超预期。 1.AI大时代，为材料端也带来机遇 1.1.AI发展大时代，未来算力有望高速增长 Chatgpt带火AI产业链，未来有望快速发展。 AI主要分为基础层、技术层和应用层。基础层包括-AI芯片、传感器、云计算、大数据等。技术层包括计算机视觉、语音处理、自然语音处理等。应用层包括智能安防、智能金融、智能医疗、智能机器人、智能家居等。 图1：AI产业链 在基础层，算力将是重点。而算力的核心部件在于各类芯片，包括CPU、GPU、ASIC等一系列芯片。算力的核心系统在于各类服务器。 图2：算力各层面 算力有望以高增速快速发展。根据中国算力发展指数白皮书，2021年全球计算设备算力总规模615 EFlops，增速达44%。结合华为GIV预测，2030年全球算力规模有望达到56 ZFlops，平均年增速达到65%。其中基础算力达3.3ZFlops，平均年增速27%；智能算力达52.5 ZFlops，平均增速超80%；超算算力达0.2ZFlops，平均年增速超过34%。 英伟达、AMD等厂商陆续发布高性能AI芯片。 2023年5月29日，英伟达在2023台北电脑展大会上宣布其Grace Hopper超级芯片已经全面投产。该芯片是英伟达新推出的DGX GH200人工智能超级计算平台和MGX系统的核心组件，主要应用对象为人工智能。 256颗Grace Hopper超级芯片将DGX GH200的“AI性能”提升到了exaflop（一百万万亿次） 图3：英伟达GH200GPU 图4：英伟达GraceHopper超级芯片 2023年6月14日，AMD发布AMD Instinct MI 300X，一款专门面向生成式AI推出的加速器。AMD Instinct MI 300X并没有集成CPU内核，而是采用了8个GPU chiplet（基于CDNA 3架构）和另外4个IO内存chiplet的设计，晶体管数量达到了惊人的1530亿。AMD为这款芯片集成了192GB的HBM 3，其存储带宽也高达5.2 TB/s，可以处理的参数高达400亿。 图5：AMD Instinct MI 300X 图6：AMD Instinct MI 300X性能 2.设备领域-GPU及数据中心为核心 2.1.GPU供电核心-电感 2.1.1.电感为芯片起到供电的作用，铁氧体芯片电感将被淘汰 芯片电感起到为芯片前端供电的作用。可广泛应用于服务器、通讯电源、GPU、FPGA、电源模组、笔记本电脑、矿机等领域。前期主流的芯片电感主要采用铁氧体材质，但铁氧体饱和特性较差，随着目前电源模块的小型化和应用电流的增加，铁氧体电感体积和饱和特性已经很难满足当前的发展需求，而金属软磁材料电感具有更高效率、小体积、能够响应大电流变化的优势。 图7：GPU中的电感（带黄色铜线的部分） 电感元器件上游多为铁氧体、磁芯等金属材料加部分陶瓷材料，中游为制成的电感器，可分为插装式电感器和片式电感器。下游可以应用到通讯、消费电子、工业电子、汽车电子及其他行业。 图8：电感器产业链 2.1.2.电感产业链优秀企业介绍 （1）铂科新材-电感上游材料及中游电感制造商。 材料：公司生产的金属软磁粉末，可用于制造各类消费电子、汽车电子及服务器中的贴片电感。 电感：公司22年报告期已经推出了多个芯片电感系列产品，包括集成度极高的单线、多层线芯片电感，并取得了多家国际知名芯片厂商的验证和认可。 图9：公司金属软磁粉末产业链 图10：公司芯片电感产业链 铂科新材业绩逐年提升。2018-2022年铂科新材归母净利润保持持续增长，22年归母净利润1.93亿元，同比增速超60%，公司持续发力核心业务。 图11：2018-2022年铂科新材归母净利润及yoy （2）东睦股份-上游软磁材料龙头厂商。 公司22年上游SMC（软磁）材料产能3.6万吨，公司预计到23年产能4.6万吨，未来随山西磁电公司产能完全建成，我们预计公司远期产能10.6万吨。快速提升的产能将为公司争取更多下游订单提供有力支撑。 公司营收持续增长，规模持续提升。 图12：东睦股份软磁材料产能 图13：东睦股份2018-2022年营业收入 （3）悦安新材-羰基铁粉龙头 悦安新材两个基地生产羰基铁粉，我们预测老基地2025年建成1.1万吨/年产能 ，根据公司可行性研究 ， 公司预计新基地将在2024/2027/2029新增3000/27000/70000吨/年产能，到2029年公司将合计拥有羰基铁粉11.1万吨/年产能。 图14：悦安新材产能规划 据公司披露GPU处于高频，对一体成型电感有较大需求，公司羰基铁粉是一体成型电感的重要原材料。 羰基铁粉添加进软磁粉可以提高软磁材料的性能。根据论文《羰基铁粉/FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的性能》，随添加羰基铁粉质量分数越高，复合产品的饱和磁密度及直流偏置性能越高，但是由于损耗限制，因此添加20%质量分数的羰基铁粉可以达到较好效果。 图15：不同质量分数添加羰基铁粉含量的磁性能 图16：不同质量分数添加羰基铁粉含量的直流偏置性能 根据《金属软磁粉芯的粒度配比研究》-刘红军中结论，细粉在高频领域具备性能优势。磁粉中细粉比重的增加，会使磁粉内部气隙等非磁性绝缘物质增多，从而使磁粉密度降低，直流偏置性能更优异，高频时品质因数更高、损耗更低，但是有效磁导率降低，低频时品质因数降低、损耗升高，机械强度变差。 2.2.芯片衬底-芯片重要组成材料 2.2.1.磷化铟、砷化镓衬底广泛应用于AI等领域 磷化铟、砷化镓等衬底应用于AI、5G、数据中心、无人驾驶、可穿戴等领域。 图17：北京通美产品下游应用介绍 单元素半导体硅是当前应用场景最广的半导体材料，由于硅元素储量丰富、技术和产业配套成熟、成本相对较低，当前超过90%的芯片及器件均由硅材料制成，包括最常见的CPU、GPU、其他逻辑及存储芯片等。 在硅基半导体性能难以满足的特殊场景，如高频、发光、高功率、高电压等应用场景，需要使用III-V族化合物半导体材料、宽禁带半导体材料等其他半导体材料，5G、新一代显示、数据中心、无人驾驶、手机面部识别、可穿戴设备等市场需求的增长为III-V族化合物半导体材料带来了广阔的需求空间。 表1：半导体材料对比表大类 预计磷化铟和砷化镓衬底销量与市场规模将保持增长。据Yole，预计2026年全球磷化铟衬底（折合二英寸）销量为128.19万片，2019-2026年复合增长率为14.40%；2026年全球磷化铟衬底市场规模为2.02亿美元，2019-2026年复合增长率为12.42%。 2019年全球折合二英寸砷化镓衬底市场销量约为2,000万片，预计到2025年全球折合二英寸砷化镓衬底市场销量将超过3,500万片；2019年全球砷化镓衬底市场规模约为2亿美元，预计到2025年全球砷化镓衬底市场规模将达到3.48亿美元，2019-2025年复合增长率9.67%。 图18：全球磷化铟衬底销量及市场规模预测 图19：全球砷化镓衬底销量及市场规模预测 从市场格局来看，磷化铟、砷化镓国产替代仍有空间。 图20：2020年全球磷化铟衬底市场格局 图21：2019年全球砷化镓衬底竞争格局 2.2.2.光模块衬底企业介绍-云南锗业、天通股份 （1）云南锗业-磷化铟、砷化镓龙头企业 截至22年底，公司材料级产品区熔锗锭产能为：47.60吨/年，太阳能锗晶片产能为30万片/年（4英寸）、20万片/年（6英寸），光纤用四氯化锗产能为60吨/年，红外光学锗镜头产能为3.55万套/年，砷化镓晶片产能为80万片/年（2—4英寸），磷化铟晶片产能为15万片/年（2—4英寸）。 表2：云南锗业各产品产能 云南锗业6英寸高品质磷化铟单晶片产业化关键技术研发项目在现有4英寸基础上研制开发。2021年1月开始，计划2023年12月完成。 未来随云南锗业磷化铟、砷化镓晶片产能持续释放，公司业绩预计将向好发展。 华为与云南锗业进行股权合作，强强联合共同发展。华为通过全资子公司哈勃科技创业投资有限公司参股23.91%云南鑫耀半导体材料有限公司，云南鑫耀半导体材料有限公司为云南锗业控股子公司，主攻半导体材料方向。 （2）天通股份-铌酸锂、碳酸锂压电晶体龙头。 天通股份主要从事铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)晶体材料的研发、生产和销售。 产品包括铌酸锂、钽酸锂晶棒，4-8寸铌酸锂、钽酸锂晶片。产品具有优异的压电、非线性光学、电光、热释电及光折变等性能，可用来制作各种功能器件，诸如:声表面波器件、红外探测器、高频宽带滤波器、高频换能器。产品广泛应用于移动通信、雷达、北斗导航、物联网及消费类电子等领域。 图22：公司压电晶体产品 天通股份拟投资总额为14.68亿元，拟使用募集资金13.51亿元，投向年产420万片大尺寸射频压电晶圆，预计2025年建成。该项目完全达产后预计可实现年均营业收入（不含税）13.98亿元，年均净利润为2.62亿元。 天通股份归母净利润持续稳健增长，22年归母净利润6.69亿元，同比+61.20%。 图23：天通股份2018-2022年归母净利润及yoy 2.3.电子焊接材料-半导体封装核心材料之一 2.3.1.电子焊接材料-以锡为主 锡焊电子材料上游主要是锡、银及其他金属材料以及部分化学材料。制成中游的一系列锡制品，再应用到下游的精密结构件、PCBA制程、半导体封装工艺中。 图24：电子焊接材料产业链 预计微电子焊锡材