企业竞争图谱：2024年高速铜连接 头豹词条报告系列

马天奇·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-10-12未经平台授权，禁止转载 行业：制造业/电气机械和器材制造业/电线、电缆、光缆及电工器材制造工业制品/工业制造 关键词：英伟达 摘要高速铜连接英文名称DirectAttachCable，缩写为DAC。又称为“高速连接器”、“铜缆高速连接”，是一种核心数据传输组件，构成了高效的信号传输体系。其原理基于通过铜导体直接传输电信号，实现组件、设备或系统间的互联。DAC技术凭借其低成本、高速率（20Gbps以上）和低能耗的显著优势，在数据中心、高性能计算和电信网络等领域广受青睐。高速铜连接行业特征包括：1.双胶线中UTP、STP应用较广；2.数据中心短距离情况下铜连接比AOC更具优势；3.主要有芯片直出跳线、服务器内部线、背板互联线和机柜外部线。预计2025年—2035年，高速铜连接行业市场规模由66.35亿美元增长至384.96亿美元，期间年复合增长率19.22%。 行业定义[1] 背景：在2024GTC大会上，英伟达CEO黄仁勋发布最新一代AI芯片架构Blackwell，首款Blackwell芯片GB200采用铜缆连接替代传统高速背板连接中的光纤。英伟达表示NVIDIA®Mellanox®LinkX®InfiniBandDAC铜缆是在InfiniBand交换网络和NVIDIAGPU加速的人工智能端到端系统中创建高速、低延迟100G/EDR、200G/HDR和400G/NDR链路的成本最低的方式，高速铜连接市场空间被进一步打开。 定义：英文名称DirectAttachCable，缩写为DAC。又称为“高速连接器”、“铜缆高速连接”，是一种核心数据传输组件，构成了高效的信号传输体系。其原理基于通过铜导体直接传输电信号，实现组件、设备或系 统间的互联。DAC技术凭借其低成本、高速率（20Gbps以上）和低能耗的显著优势，在数据中心、高性能计算和电信网络等领域广受青睐。 行业分类[2] 有各种连接解决方案可用于交换网络，如光模块+光纤、有源光缆（AOC）和直连电缆（DAC）。DAC可以进一步分为有源ACC、AEC和无源DAC。 交换网络基于解决方案的分类 行业特征[3] 高速铜连接行业特征包括：1.双胶线中UTP、STP应用较广；2.数据中心短距离情况下铜连接比AOC更具优势；3.主要有芯片直出跳线、服务器内部线、背板互联线和机柜外部线。 1应用：双胶线中UTP、STP应用较广 根据屏蔽特性，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP/FTP/SFTP）。UTP结构简单，成本低廉，适用于一般环境；而STP/FTP在导线外层增加了金属屏蔽层（通常为铝箔），进一步减少信号衰减，成为市场主流产品。SFTP则在铝箔基础上增加了镀锡铜编织网，提供更强的抗干扰能力和机械强度，但柔韧性较差且成本较高，主要用于特殊环境。UTP凭借其轻便、易安装和成本效益，广泛应用于计算机网络的短距离（通常不超过100米）传输。相比之下，STP系列产品虽然安装难度较大、成本较高，但因其 优异的抗干扰性能，常用于工业环境、数据中心、医疗设施等复杂电磁环境或需要高保密性的场景。选择合适的双绞线类型需综合考虑应用环境、传输距离、信号完整性和成本等因素。 2市场：数据中心短距离情况下铜连接比AOC更具优势 在数据中心和智算中心的网络互联方案中，直连铜缆（DAC）和有源光缆（AOC）各具优势。DAC凭借其直连特性，避免了多次信号转换，显著降低了适配性问题（在数据中心硬件故障中占比超过30%）。DAC的简单结构不仅降低了BOM成本，还将功耗控制在0.1W左右（25G规格），仅为同速率AOC的10%，在大规模部署中可实现显著的能源节约。此外，DAC的机械应力容忍度高于AOC，更适合快速部署场景。然而，传统DAC的应用距离限制（理论上5m）曾制约其在服务器到交换机连接中的应用。通过优化信号传输参数，新一代DAC（如25G Linear-ACC）将实际应用范围扩展至8m，覆盖了80%的25G服务器应用场景。综上当传输距离在8米以内，功耗受限，成本要求高时，适合选择DAC高速铜线缆；（30米以内）或电磁干扰大的环境中，AOC有源光缆是更合适的解决方案（光比电信号传播得更快，光纤可提供更高的速度和带宽）。在224Gbps速率下，cable (铜缆)是SERDES LR (米级)最建议的电信号通信方式。随传输速率增加，传统PCB信号衰减程度快速提升，采用增加层数和更换新型材料则会使成本明显提升，因此cable传输代替PCB成为有效解决方案。在智算中心的节点内（scale up）互联中，尤其是大规模GPU集群（如NVIDIA GB200 NVL72），DAC在1-5米的短距离高带宽、低延迟通信中发挥关键作用。 3场景：芯片直出跳线、服务器内部线、背板互联线和机柜外部线 铜互联技术在现代计算和通信系统中扮演着关键角色，其应用场景可分为四个主要领域：芯片直出跳线、服务器内部互连、背板互联以及机柜间连接。芯片直出跳线技术，如C2B（芯片对背板）、C2C（芯片对芯片）和C2F（芯片对前面板），有效解决了高带宽传输中的瓶颈问题，实现了ASIC与各类接口的高效互连。服务器内部采用MCIO、PCIe和SAS等专用线缆，确保内部组件间的高速数据传输。在机柜层面，高速背板互联通过裸线实现背板与单板间的通信，而机柜外部则依靠高速铜缆ACC连接服务器的SFP/QSFP等I/O端口，进而通过服务器内部跳线完成数据传输或实现机柜间互联。这种多层次的铜互联架构为数据中心和高性能计算环境提供了全面的连接解决方案，满足了从芯片级到机柜级的各种高速数据传输需求。 发展历程[4] 高速铜连接技术的发展可概括为三个关键阶段：始于1989年的标准化阶段奠定了现代网络通信基础，从以太网创造到非对称数字用户线技术问世；1999年至2010年的技术迭代期见证了从5e类到6A类电缆的快速进步，显著提升了带宽和传输距离；2011年开始的AI驱动高速发展期则响应了人工智能和大数据时代的需求，推动了更先进的铜缆技术，如四对PoE和支持超级计算的高性能interconnect系统、英伟达在GTC大会上发布GB200超级芯片以及NVL72机柜，通过高速铜缆互联形如一颗超级GPU。 标准化期1989~1998 1973年，施乐帕洛阿尔托研究中心的鲍勃·梅特卡夫创造了以太网。1983年，电气和电子工程师协会(IEEE) 发布了其首个官方以太网标准。该标准规定了单频带的速度以及电缆可以传输信号的最大长度。1984年，IBM推出了“令牌环”的电缆，该电缆使用两对屏蔽电缆可在LAN上传输4Mbps的速度。1987年，双绞线铜缆投入使用。1989年，电缆产品分销商Anixter推出了“级别”计划。1991年，电信行业协会 (TIA) 和电子工业联盟 (EIA) 发布了第一个联合电信布线标准 EIA/TIA 568，从而实现了结构化布线系统的创建。1993年，5类UTP铜缆布线工作频率达到100MHz，支持10/100Base-T系统。1998年，非对称数字用户线路技术问世。行业标准的不断完善为未来几十年双绞线类别电缆的发展铺平了道路。 技术迭代期1999~2010 2001年，5e类电缆问世。2002年，7类电缆获得ISO/IEC批准。2003年，IEEE 802.3af 1型PoE获得批准，其通过两对铜缆提供最大15.4W的功率。2004年，Fluke Networks的DTX CableAnalyzer推出。2009年，6A类（能够支持10 Gb/s到100米）获得批准；同年802.3at（2 型）获得批准，可提供高达30 W的功率。铜缆带宽和传输速率显著提升。 AI驱动下高速发展期2011~至今 2010年，7A类电缆获得ISO/IEC批准。2013年，Versiv™平台的DSX CableAnalyzer™系列铜缆认证器推出。2018年，四对PoE获得批准，802.3bt 3型和4型分别提供60W和90W的功率。 2024年，英伟达在GTC大会上发布GB200超级芯片以及NVL72机柜，通过高速铜缆互联形如一颗超级GPU。 AI超算对于网络层数据传输速率和延时要求提升，铜连接方案受行业标杆企业认可。 产业链分析 高速铜连接产业链包括上游的铜材料生产和加工（高性能铜合金）、结构件（壳体、簧片、插针插孔等）、元器件、绝缘材料等；中游为铜缆、连接器，最终至高速铜互联组件制造等；下游为数据中心等领域的广泛应用。[7] 高速铜连接行业产业链主要有以下核心研究观点：[7] 2024年下半年预计铜价区间震荡，PTFE适合数据传输。 2024年上半年，铜价因市场对冶炼厂减产预期、供应紧张、AI用铜消费增加等因素推动上涨，现货合约均价达到74,531.75元/吨，同比上涨9.8%，并在3月达到88,940元/吨高点；展望下半年，尽管面临宏观经济压力，铜价预计将在73,000-80,000元/吨区间震荡。与此同时，聚四氟乙烯（PTFE）凭借其优异的电绝缘性、低介电常数和损耗因子，成为低衰减数据传输电缆的理想绝缘材料，适用于宽温度和频率范围，且在高温和压力下仍能保持卓越性能。 Serdes速率向224Gbps推进，铜连接应用扩大，使用有源/无源需根据距离决定。 自1983年IEEE 802.3标准发布以来，以太网技术从10Mbps发展至400Gbps，并预计2024年支持800G和1.6T，以满足2025年全球175ZB数据需求；在短距离传输中，铜连接因成本和散热优势替代PCB，224G SerDes提升速率但功耗增至300W，且受PCB材料限制，传输距离约1.5米，DAC技术分为无源和有源，<5米用无源，>5米用有源。 高速铜缆受谷歌等科技巨头青睐，英伟达GB200机架大量使用铜连接，引导AI行业应用。 Google TPUv4和Nvidia GPU系统采用相似的8芯片+2 CPU结构，TPU以64芯片16 CPU的"切片"为单位，通过高速铜缆形成ICI网络，而Tesla Dojo系统通过PCIe 4.0连接，NVL72和NVL362连接架构分别实现72个GPU的高效互联和跨机架连接，尽管NVL362成本更高，但更适应数据中心的功率和散热限制，成为客户首选。[7] 产业链上游上 生产制造端 铜材、元器件、绝缘材料等供应商 上游厂商 安徽楚江科技新材料股份有限公司 江西铜业集团有限公司 产业链上游说明 铜价：预计2024下半年将在73,000-80,000元/吨区间震荡。 铜材整体占连接器成本的10%左右，属于核心原材料，铜价是影响其价格的主要因素。2024年上半年，国内铜价呈现上涨趋势，现货合约均价为74,531.75元/吨，同比上涨9.8%。铜价上涨主要受市场对冶炼厂减产预期、供应紧张、货币政策可能见顶、AI用铜消费增加以及需求端利好等因素的推动，形成“抢跑”型多头行情。3月份，市场热情高涨，交易所市场挤仓行为进一步助推铜价升至高点，主力合约价格一度达到88,940元/吨，伦敦金属交易所铜价也创下历史新高。5月份，受美联储降息预期延后等影响，铜价跌破80,000元/吨。展望下半年，铜价面临宏观经济压力，但随着利空因素的部分释放，预计将在73,000-80,000元/吨区间震荡偏强。 绝缘材料：聚四氟乙烯（PTFE）较适合数据传输。 绝缘层的主要功能是隔离导电线芯与相邻导体或保护层，抵御电压、电流和电场的外部影响，确保电流沿导电线芯传输。常用的绝缘材料包括聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和聚四氟乙烯（PTFE）。不同材料各具特性，例如，交联聚乙烯（XLPE）具备优良的电气性能和机械强度，适用于高压输电。高速线材的技术壁垒主要在于绝缘皮或外被的配方和技术。PTFE不仅电绝缘性优异，在宽温度和频率范围内具低介电常数和损耗因子，其介电强度、介电常数（2.3~2.1）、体积电阻率和表面电阻率在玻璃