铜铝重塑AI时代：数据中心冷却与材料革命

铜，这一人类最早使用的金属之一，在公元前8000年，我们的祖先就开始用其制作工具和装饰品。如今，它因AI的发展而备受关注。

高盛在其研究报告《AI与国防将电网置于能源安全中心》中指出，铜将成为AI时代的石油。这听起来有些“违和”，因为谈及AI，人们首先想到的是算法和模型，但计算结果需要电力和硬件支持。例如，ChatGPT处理2亿次请求需消耗50万千瓦时电力，相当于1.7万户美国家庭的日用电量。

支撑这一切的是来自蛮荒时代的金属——铜。

高端GPU芯片需要铜材料用于导热和电路连接，这是决定芯片性能的关键。以AI界最火的H100为例，每个GPU有3273颗锡球，每颗至少对应1-2条铜导线，核心芯片还需数千根基础导线。任何铜导线断裂都会导致GPU停止运行。

随着芯片功耗飙升，传统散热方案失效，只能依赖铜材料散热。例如，英伟达H100芯片热设计功耗达700W，而GB300服务器单机柜功率密度最高达130kW，需大量铜制散热组件。

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GPU制造只是冰山一角，真正的大户是数据中心的电网基础设施。

数据中心的铜消耗量正迅速增长。施耐德电气测算，1GW数据中心用铜量约6.58万吨。2023年全球数据中心装机规模为7.1GW，总用铜量达46.7万吨，占全球铜消费量的1.7%，预计2026年将增至71万吨。

这仅是建设设备的用铜量，支撑算力运行的电网设施同样需求巨大，到2026年电网设施用铜量将达62.4万吨。

英伟达GB200超级芯片使用铜缆连接方案，机柜内部电缆长度接近2英里。按H100的出货量参考，GB200也出货35万到40万台，需铜量达3万吨。

高盛报告称，到2030年，全球数据中心电力需求预计激增160%，现有电网基础设施需大规模升级。

全球电网老化严重，美国多个区域电力市场已出现电力紧张状况。欧盟、北美和中国电网铜消费量巨大，未来几年将大幅增长。

电网升级离不开铜，因其导电效率高、电阻率低、使用寿命长。高盛预测，到2030年，全球电网及电力基础设施建设将贡献60%的铜需求增长。

高盛预计铜价将在2027年达到每吨10750美元。市场已开始反映这一趋势，有色ETF基金上涨2.41%，其中铜含量占比28.66%。

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然而，铜价上涨也带来新机遇。铝作为替代品正在迎来高光时刻。虽然铝导电性不如铜，但在某些场景下成本更低、更轻。

在GPU散热领域，铝已广泛应用。例如，英伟达H100散热器上的铝制鳍片阵列体积庞大，总重量在300克到700克之间。

数据中心服务器散热系统也大量使用铝材。采用铝制散热器后，总重量大幅降低，不仅减少机柜承重压力，还能提升算力密度。更重要的是，铝制散热器成本仅为铜的40%-50%。

在电力传输方面，铝缆应用也在增长。虽然输送相同电力时铝缆需要更粗的线径，但铝合金电缆综合成本比铜电缆低约20%，且重量只有铜的三分之一。

瑞银对铝价持乐观态度，预测今明两年铝价将分别上涨5%和2%。

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不过铜和铝只是这场AI革命的序幕。真正的大市场在于冷却和水。数据中心不仅是用电大户，也是产热大户。

随着AI芯片功耗持续攀升，传统风冷散热方案已走到极限。液冷技术优势明显，水的导热率是空气的25倍，单位体积吸热能力远超空气。

液冷可大幅降低数据中心能耗20%-30%以上，将PUE降低至1.2以下。市场对液冷技术需求正在爆发式增长，预计2032年全球液冷数据中心市场规模将突破211.4亿美元。

目前主流液冷技术包括冷板式、浸没式和喷淋式。冷板式液冷因改造成本低、兼容性强而占据主导地位。

液冷技术的发展不仅是技术进步，更是产业链重构。算力的增长将带来电力消耗的增长，电力消耗的增长将带动铜的需求；散热需求的增长将带动铝和冷却液的需求。