从DGX A100看:顶级AI 服务器单机PCB ≈1.5万是怎么来的。我们以DGX A100为例,按功能性将PCB 的分布分为三个部分,即GPU 板组、CPU 母板组和配件:1)GPU 板组,单机PCB 面积达到0.624平方米,对应PCB 单机价值量为12250元;2)CPU 母板组,对应PCB 用量面积合计为0.662平方米,单机价值量约为2845元;3)配件,对应PCB 板用量面积约为0.188平方米,单价价值量合计约为226元。综合来看,我们估测DGX A100整机PCB 用量面积为1.474平方米,单机价值量为15321元,其中GPU 板组、CPU 母板组、配件的PCB 价值量占比分别为80%、19%、1%;从板级的分类来看,载板级别单机价值量为7670元、占比达到50.1%,PCB 板级单机价值量为7651元、占比为49.9%。
普通vs A100:普通单机2425元,95%的价值增量贡献来自GPU 板组。我们选取市面上较为先进的2U 普通服务器华为2288H V6(双路服务器,PCIE 4.0)为普通服务器代表,通过拆解分析,我们估测普通服务器的PCB 用量面积为0.630平方米,单机价值量为2425元。对比普通服务器和以DGX A100为代表的AI 服务器,AI 服务器所用PCB 单机价值量相对普通服务器提升532%,增量贡献主要来自算力需求(
贡献增量的95%)和集中度提升(贡献增量的5%),其中载板级的单机价值量提升490%,PCB 板级的单机价值量提升580%。
A100 vs H100:H100单机1.95万元,83%的价值增量贡献来自GPU 板组。我们估测DGX H100服务器的PCB 用量面积为1.428平方米,单机价值量为19520元,其中GPU 板组单机价值量达到1.57万元、占比达到81%,CPU 母板组单机价值量为3554元、占比为18%,其他配件单机价值量226元、占比为1%;从板级的分类来看,载板级别单机价值量为10140元、占比达到51.9%,PCB 板级单机价值量为9380元、占比为48.1%。对比DGX A100和DGX H100,平台升级将使得PCB 单机价值量提升27%,增量贡献83%来自GPU 板组、17%来自CPU 母板组,其中载板级的单机价值量提升32%,PCB 板级的单机价值量提升23%。
AI 服务器PCB 存在三种供应关系,须分别把握产业链逻辑。1)GPU 板组,均由GPU 设计厂商全权设计,对应的PCB 板的供应关系决定权也就由GPU 设计厂决定;2)CPU 板组,遵循既有的服务器厂商供应链关系,即CPU 载板由CPU 设计厂决定,CPU 模板和整套系统所需的拓展卡板由终端客户决定,而其他带芯片的PCB 板大部分的场景是客户向功能件厂商提出设计需求,然后由功能件厂商自行决定PCB 的采购。3)配件,配件通常是客户直接购买模组厂成熟的产品,部分场景是客户会向配件模组厂商提出一定的设计需求,但不影响模组厂商对PCB 采购的决定权。
根据前述,AI 服务器PCB 价值量是普通服务器的价值量的5~6倍,随着AI 大模型和应用的落地,市场对AI 服务器的需求日益增加,市场扩容在即。以DGX A100为例,15321元单机价值量中7670元来自载板、7651元来自PCB 板,因此我们应当关注在载板和服务器PCB 上具有较好格局的厂商,建议关注:沪电股份、生益科技、联瑞新材、生益电子、兴森科技等。
需求景气度不及预期;原材料价格居高不下;竞争加剧。
内容目录
前言 (4)
一、从DGX A100看:顶级AI服务器单机PCB≈1.5万是怎么来的? (4)
1.1、五大硬件部分可归纳为三大价值量部分——GPU板组、CPU母板组、配件 (4)
1.2、GPU板组:单机价值量1.2万,载板占比52%、PCB板占48% (5)
1.3、CPU母板组:单机价值量2845元,载板占46%、主板占40% (7)
1.4、其他配件:单机价值量合计226元 (10)
二、普通vs A100 vs H100,PCB价值量到底如何提升 (11)
2.1、普通vs A100:普通单机2425元,95%的价值增量贡献来自GPU板组 (11)
2.2、A100 vs H100:H100单机1.95万元,83%的价值增量贡献来自GPU板组 (13)
2.3、价值增量来自GPU板组,后续升级载板增速高于PCB板级 (17)
2.4、AI服务器PCB存在三种供应关系,须分别把握产业链逻辑 (18)
三、投资建议及风险提示 (19)
3.1、投资建议 (19)
3.2、风险提示 (19)
图表目录
图表1:英伟达DGX A100的爆破图 (4)
图表2:英伟达DGX A100的正面图(Front) (5)
图表3:英伟达DGX A100的背面图(Rear) (5)
图表4: DGX A100 GPU板组的PCB分解 (5)
图表5: 2.5/3D封装与载板示意图 (5)
图表6: NVSwitch功能示意图 (6)
图表7: NVSwitch Die Shot (6)
图表8:英伟达A100加速卡两种版本示意图 (6)
图表9:英伟达 A100加速卡PCIE版本规格 (6)
图表10: DGX A100 UBB在整机内的位置示意 (7)
图表11:英伟达DGX A100 GPU板组PCB单机价值量 (7)
图表12:英伟达DGX A100 CPU母板组构成图 (8)
图表13: CPU系统内存卡示意图 (9)
图表14:英伟达Mellanox网卡板示意图 (9)
图表15: DGX A100横置网卡需要一张纵向拓展卡 (9)
图表16: DGX A100系统驱动器示意图 (9)
图表17:英伟达DGX A100 CPU母板组PCB单机价值量 (9)
图表18: DGX A100电源配置示意图 (10)
图表19: DGX A100硬盘和前控制台示意图 (10)
图表20:英伟达DGX A100 配件PCB单机价值量 (10)
图表21:英伟达DGX A100 PCB单机价值量 (11)
图表22: DGX A100所用PCB板分布(按功能组) (11)
图表23: DGX A100所用PCB板分布(按板级) (11)
图表24:华为2288H V6整机爆破图 (12)
图表25:华为2288H V6主板图 (12)
图表26:华为2288H V6 PCB单机价值量 (12)
图表27: 2288H V6所用PCB板分布(按功能组) (12)
图表28: 2288H V6所用PCB板分布(按板级) (12)
图表29: DGX A100与2288H V6单机PCB价值量对比 (13)
图表30: AI服务器相对普通服务器PCB增量贡献来源 (13)
图表31: DGX A100与2288H V6载板级PCB价值量对比 (13)
图表32: AI服务器相对普通服务器载板增量贡献来源 (13)
图表33: DGX A100与2288H V6 PCB级板价值量对比 (13)
图表34: AI服务器相对普通服务器PCB级板增量来源 (13)
图表35: DGX H100整机宣传图 (14)
图表36: DGX H100爆破图示意 (14)
图表37: DGX H100背面示意图 (14)
图表38: DGX H100 信号通信架构图 (14)
图表39: DGX H100 CPU母板组示意图 (15)
图表40: DGX H100 GPU板组(NVSwitch为4片) (15)
图表41: DGX H100网卡集成度提升 (15)
图表42:英伟达DGX H100 PCB单机价值量 (16)
图表43: DGX H100所用PCB板分布(按功能组) (16)
图表44: DGX H100所用PCB板分布(按板级) (16)
图表45: DGX A100与DGX H100单机PCB价值量对比 (16)
图表46: DGX A100与DGX H100 PCB增量贡献来源 (16)
图表47: DGX A100与DGX H100单机载板级PCB价值量对比 (17)
图表48: DGX A100与DGX H100 单机载板级PCB价值量增量贡献来源 (17)
图表49: DGX A100与DGX H100单机板级PCB价值量对比 (17)
图表50: DGX A100与DGX H100 单机板级PCB价值量增量贡献来源 (17)
图表51:三款服务器单机PCB价值量对比 (17)
图表52:三款服务器单机PCB价值量增幅 (17)
图表53:三款服务器的PCB单机价值量分布(按功能) (18)
图表54:三款服务器的PCB单机价值量分布(按板型) (18)
图表55: AI服务器所用PCB供应关系 (18)
“AI行情”已经演绎了2个多月,市场上对于AI 相关的软硬件价值量与空间的想象已经形成相对较为一致的预期,“模糊的正确”股价效应时期似乎已经走到分岔路口。在这样的阶段,基于打破基础认知分歧的想法,我们推出这样一篇关于“一台AI 服务器到底要用多少PCB ”的深度报告,旨在通过拆解服务器PCB构成的过程让读者了解一台服务器内部真实的情况,希望读者能够对服务器中所用PCB 情况有更为直观的了解,从而把握未来升级过程中真正的价值所在。
1.1、五大硬件部分可归纳为三大价值量部分——GPU板组、CPU母板组、配件
电子产品一旦出现标杆性的产品,那么全市场的玩家在产品设计上就会向标杆看齐,因为对于新发电子产品来说,研究标杆产品能够对远期空间展望到锚点。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,鉴于H100发布时间较短、资料详尽度不够,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。英伟达DGX A100外形类似于常见的家用主机,
通过对部件构成进行深度分解,我们认为DGX A100大体上可以分为五个硬件板块:
1)风扇模组,从前部(Front)入手,首先看到的是风扇模组板块,DGX A100的风扇模组由8个风扇组成,这一搭配与传统服务器8U规格的基本一致;
2)硬盘,前部风扇模组板块的下方摆放了硬盘和前控制台板(控制与外接设备的信号传输),DGX A100配备了8个3.84TB的硬盘,合计内部存储30TB;
3)GPU板组(GPU Board Tray),后部(Rear)是整个AI服务器的关键组件组装区域,最核心的板块就是GPU板组,这也是AI服务器区别与普通服务器的关键,从DGX A100的架构来看,GPU板组主要包含GPU组件、模组板、NVSwitch三块,这三块都会涉及到不同类型的PCB产品;
4)CPU母板组(CPU Motherboard Tray),这一部分是所有服务器的核心部件(包括普通服务器和AI服务器),其中包含CPU母板、系统内存、网卡、PCIE Switch等部件,CPU母板、系统内存、网卡是主要涉及到PCB用量的部分;
5)电源模组,DGX A100后部的下方还配有6组电源,电源内部会涉及到厚铜PCB板的使用。
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。本文将
基于这三大部分逐一分解。
图表1:英伟达DGX A100的爆破图
Rear
风扇模组
硬盘
Front
来源:英伟达,国金证券研究所
图表2
:英伟达DGX
A100的正面图(
Front ) 图表3:英伟达DGX A100的背面图(Rear )
来源:英伟达技术文件,国金证券研究所 来源:英伟达技术文件,国金证券研究所 1.2、GPU 板组:单机价值量1.2万,载板占比52%、PCB 板占48%
GPU 板组的PCB 主要是由4个部分组成,GPU 载板、NVSwitch 、OAM 、UBB 。
图表4:DGX A100 GPU 板组的PCB 分解
来源:英伟达,国金证券研究所 1) GPU 载板,英伟达A100的GPU 和DRAM 采用2.5/3D 先进封装工艺,用于承载的板材
采用70*70mm~100*100mm 、14~16层的FCBGA 载板,数量上与GPU 数量存在一一对应关系,按照DGX A100搭载8颗GPU 的数量来看,1台AI 服务器需要用到8颗GPU 载板;根据产业链调研,单颗价值量约为100美元,即650元人民币/颗,由此对应单机GPU 载板价值量为5200元。
图表5:2.5/3D 封装与载板示意图
来源:产业链调研,国金证券研究所
2) NVSwitch ,基于NVLink 标准用于GPU 之间通信的基础模组,搭载NVSwitch 的载体
是类似于载板的产品,加工性要求较简单、关键是承担多数据量高速传输的性能,根据产业链调研单颗价值量约为30美元,即195元/颗,按A100搭载6颗计算可得
OAM
NVSwitch
UBB
GPU 载板
HBM DRAM Die
HBM DRAM Die
HBM DRAM Die
HBM DRAM Die
Logic Die
PHY PHY GPU/CPU/Soc Die
Interposer Package Substrate
TSV Microbump
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