銅為何是AI時(shí)代的石油？

銅是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一，早在公元前8000年，我們的祖先就開(kāi)始用銅制作工具和裝飾品。

現(xiàn)如今，這個(gè)古老的金屬因?yàn)锳I的發(fā)展而再次被人們關(guān)注。高盛在其研究報(bào)告《AI與國(guó)防將電網(wǎng)置于能源安全中心》里表達(dá)了這樣一個(gè)觀點(diǎn)：銅將成為AI時(shí)代的石油。

這非?！斑`和”，因?yàn)楫?dāng)人們談?wù)揂I的崛起時(shí)，大多數(shù)人想到的是算法和模型，但很少有人意識(shí)到，計(jì)算結(jié)果并不是憑空產(chǎn)生的，必須依靠電力和硬件設(shè)備。ChatGPT日處理2億次請(qǐng)求需消耗超過(guò)50萬(wàn)千瓦時(shí)電力，相當(dāng)于1.7萬(wàn)戶美國(guó)家庭的日用電量。

而支撐這一切的，正是這個(gè)來(lái)自于蠻荒時(shí)代的金屬。

每個(gè)高端GPU芯片都需要大量銅材料用于導(dǎo)熱和電路連接，這不是可有可無(wú)的配角，而是決定芯片性能的關(guān)鍵因素。

就拿現(xiàn)在整個(gè)AI界最火的H100來(lái)說(shuō)，每個(gè)GPU里面有3273顆錫球，每顆錫球?qū)?yīng)至少1-2條銅導(dǎo)線，而且其核心芯片連接部分還需數(shù)千根基礎(chǔ)導(dǎo)線。這里面斷掉任何一根銅導(dǎo)線都可能導(dǎo)致這個(gè)GPU停止運(yùn)行。

當(dāng)芯片功耗從幾十瓦飆升到上千瓦，傳統(tǒng)的散熱方案已經(jīng)徹底失效，只能依靠銅材料將熱量傳導(dǎo)至設(shè)備外部。

英偉達(dá)H100芯片的熱設(shè)計(jì)功耗已達(dá)700W，而英偉達(dá)最新的GB300服務(wù)器單機(jī)柜功率密度最高可達(dá)130kW，和一臺(tái)中小型柴油發(fā)電機(jī)差不多。要帶走這些熱量，必須依靠大量的銅制散熱組件。

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GPU制造只是冰山一角，真正的銅需求大戶是數(shù)據(jù)中心的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)中心的銅消耗量正在以驚人的速度增長(zhǎng)。根據(jù)施耐德電氣的測(cè)算，1GW數(shù)據(jù)中心用銅量約6.58萬(wàn)噸，2023年全球數(shù)據(jù)中心裝機(jī)規(guī)模為7.1GW，總用銅量達(dá)46.7萬(wàn)噸，占全球銅消費(fèi)量的1.7%，預(yù)計(jì)到2026年將增長(zhǎng)至71萬(wàn)噸。

但這僅僅是數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)備的用銅量，支撐算力運(yùn)行的電網(wǎng)設(shè)施同樣存在巨大的用銅需求，到2026年電網(wǎng)設(shè)施用銅量將達(dá)62.4萬(wàn)噸。

這并不是危言聳聽(tīng)，英偉達(dá)推出的GB200超級(jí)芯片使用銅纜連接方案，其機(jī)柜內(nèi)部使用的電纜長(zhǎng)度累計(jì)接近2英里。如果按照H100在2024年的出貨量來(lái)參考，GB200也出貨35萬(wàn)到40萬(wàn)臺(tái)，那么它所需要的銅足足能達(dá)到3萬(wàn)噸。

在高盛的報(bào)告中寫(xiě)到：到2030年，全球數(shù)據(jù)中心電力需求預(yù)計(jì)激增160%，這意味著現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施需要大規(guī)模升級(jí)改造。

歐洲電網(wǎng)平均運(yùn)行年限已達(dá)50年，北美電網(wǎng)超過(guò)40年，這些老化的電網(wǎng)不僅傳輸效率低下，難以承載日益增長(zhǎng)的電力需求。在美國(guó)13個(gè)區(qū)域電力市場(chǎng)中，2024年夏季已有9個(gè)出現(xiàn)電力臨界緊張狀況，到2030年，幾乎所有市場(chǎng)都將因?yàn)閷?dǎo)電材料，面臨用電短缺。

2024年，歐盟電網(wǎng)銅消費(fèi)量約75萬(wàn)噸每年，北美約40萬(wàn)噸每年，中國(guó)約570萬(wàn)噸每年。瑞銀預(yù)測(cè)，2024到2030年歐盟與北美電網(wǎng)銅消費(fèi)年均增長(zhǎng)3%，累計(jì)增量約25萬(wàn)噸。

電網(wǎng)升級(jí)為什么離不開(kāi)銅？答案在于銅獨(dú)特的物理特性。銅的導(dǎo)電效率是鋁的1.6倍，電阻率極低，使用壽命可達(dá)30至50年，為鋁制品的兩倍以上。

在電力傳輸方面，銅的優(yōu)勢(shì)是不可替代的。高盛預(yù)測(cè)，到2030年，全球電網(wǎng)及電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將貢獻(xiàn)60%的銅需求增長(zhǎng)，這一增量相當(dāng)于當(dāng)前全球銅消費(fèi)總量與美國(guó)年消費(fèi)量之和。

高盛預(yù)計(jì)，銅價(jià)將在2027年達(dá)到每噸10750美元。國(guó)證有色金屬行業(yè)指數(shù)強(qiáng)勢(shì)上漲2.21%，有色ETF基金上漲2.41%，其中銅含量占比28.66%，市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始反映這一趨勢(shì)。

銅礦開(kāi)采和精煉產(chǎn)能增長(zhǎng)是非常有限的，過(guò)去十年全球銅礦產(chǎn)量復(fù)合平均增長(zhǎng)率約2.1%。國(guó)際銅業(yè)研究組織（ICSG）在2025年10月下調(diào)了增長(zhǎng)預(yù)期，2025年全球銅礦產(chǎn)量預(yù)計(jì)僅增長(zhǎng)1.4%。

惠譽(yù)旗下BMI預(yù)測(cè)，未來(lái)十年全球銅礦產(chǎn)量年均增速，遠(yuǎn)低于新能源、AI 等領(lǐng)域催生的銅需求增長(zhǎng)。其中最核心的原因在于優(yōu)質(zhì)銅礦資源減少，以智利礦山為例，銅采掘的平均品位從2010年的1.6%降至2024年的 1.1%。

那么銅的價(jià)格上漲幾乎成為必然。

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然而，銅價(jià)的上漲也在催生新的機(jī)遇。鋁作為銅的重要替代品，正在迎來(lái)自己的高光時(shí)刻。雖然鋁的導(dǎo)電性能不如銅，但在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，鋁的成本優(yōu)勢(shì)和重量?jī)?yōu)勢(shì)使其成為更好的選擇。

在GPU散熱領(lǐng)域，鋁的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。GPU散熱器上那些密密麻麻的、用于和空氣進(jìn)行熱交換的薄片幾乎都是鋁制的，它們的目的是在有限的體積內(nèi)提供最大的散熱表面積。而且GPU的外部結(jié)構(gòu)支架或護(hù)罩通常由鋁或鎂鋁合金制成，這是為了在保證強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能減輕重量。

仍以英偉達(dá)H100為例，其散熱器上的鋁制鰭片陣列體積龐大，總重量估計(jì)在300克到700克之間。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的散熱系統(tǒng)同樣大量使用鋁材。按照一個(gè)機(jī)柜配置80個(gè)GPU計(jì)算，如果全部采用銅制散熱器，散熱系統(tǒng)總重量將達(dá)到64-96公斤。而采用鋁制散熱器后，總重量?jī)H為24-36公斤，減重40-60公斤。

不僅降低了機(jī)柜結(jié)構(gòu)的承重壓力，還能在相同承重條件下部署更多服務(wù)器，提升數(shù)據(jù)中心的算力密度。更重要的是，鋁制散熱器的成本僅為銅制散熱器的40%-50%，在大規(guī)模部署時(shí)能夠節(jié)省數(shù)百萬(wàn)元的投資。

在電力傳輸方面，鋁纜的應(yīng)用也在快速增長(zhǎng)。鋁纜廣泛用于建筑物級(jí)別的大電流主干電力輸送，例如從變電站到數(shù)據(jù)中心大樓，以及大樓內(nèi)垂直和水平的主干電纜槽中的電纜。

雖然輸送相同電力時(shí)鋁纜需要比銅纜更粗的線徑，但鋁合金電纜的綜合成本比銅電纜低約20%，且重量只有銅的三分之一左。對(duì)于長(zhǎng)距離、固定鋪設(shè)的場(chǎng)景，鋁纜的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

瑞銀對(duì)此也持樂(lè)觀態(tài)度，對(duì)今明兩年的鋁價(jià)預(yù)測(cè)分別上調(diào)5%和2%。

全球鋁產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，從2018年的6416.6萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2023年的7058.1萬(wàn)噸，年復(fù)合增速約1.9%。2024年全球電解鋁產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到7225萬(wàn)噸，較2023年增長(zhǎng)2.17%。

中國(guó)是全球鋁產(chǎn)量第一大國(guó)。截至2024年底，中國(guó)累計(jì)原鋁產(chǎn)量約5.504億噸，占全球累計(jì)產(chǎn)量的31.47%。2024年中國(guó)原鋁產(chǎn)量約4400萬(wàn)噸，再創(chuàng)歷史新高，占世界當(dāng)年鋁總產(chǎn)量的60.12%。

可是自2017年以來(lái)，中國(guó)啟動(dòng)電解鋁行業(yè)供給側(cè)改革，清理整頓違法違規(guī)產(chǎn)能，并設(shè)定了4500萬(wàn)噸的合規(guī)產(chǎn)能上限。截至2024年11月底，中國(guó)電解鋁建成產(chǎn)能已達(dá)4502萬(wàn)噸，運(yùn)行產(chǎn)能約4394萬(wàn)噸，產(chǎn)能利用率高達(dá)97.74%，意味著中國(guó)電解鋁產(chǎn)能幾乎已無(wú)增長(zhǎng)空間，未來(lái)產(chǎn)量增長(zhǎng)只能依靠開(kāi)工率的微幅提升來(lái)實(shí)現(xiàn)。

與中國(guó)形成鮮明對(duì)比的是，海外鋁產(chǎn)能正在加速擴(kuò)張。2024年1-10月，海外電解鋁產(chǎn)量達(dá)2482萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)1.4%。隨著此前關(guān)停產(chǎn)能的復(fù)產(chǎn)以及新建項(xiàng)目的投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2025年海外電解鋁產(chǎn)量增速將加快。

從產(chǎn)量占比來(lái)看，截至2024年10月，中國(guó)電解鋁產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的約60%，而海灣合作委員會(huì)國(guó)家和除中國(guó)外的其他亞洲國(guó)家產(chǎn)量占比分別為8.6%和6.6%。

雖然2025年全球鋁市雖然維持小幅過(guò)剩，但到2026年，這一格局將徹底反轉(zhuǎn)。美國(guó)銀行，鋁產(chǎn)業(yè)將會(huì)出現(xiàn)約29.2萬(wàn)噸的供應(yīng)缺口，而鋁價(jià)有望在2026年四季度攀升至每噸3000美元。

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不過(guò)銅和鋁只是這場(chǎng)AI革命的序幕，真正的大市場(chǎng)在于冷卻和水。數(shù)據(jù)中心不只是用電大戶，同時(shí)也是產(chǎn)熱大戶。

隨著AI芯片功耗的持續(xù)攀升，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方案已經(jīng)走到了物理極限。風(fēng)冷散熱的上限一般為10kW到15kW每機(jī)柜，個(gè)別系統(tǒng)能做到20kW。但是面對(duì)現(xiàn)在這些GPU，再?gòu)?qiáng)風(fēng)冷系統(tǒng)也就那么回事。

功率密度的限制使得風(fēng)冷無(wú)法滿足高功耗芯片的散熱需求，巨大的能耗問(wèn)題導(dǎo)致PUE（Power Usage Effectiveness能量使用效率）值居高不下，大量的風(fēng)扇和風(fēng)道還占用了寶貴的空間。

更嚴(yán)重的是，隨著AI芯片功耗的進(jìn)一步攀升，進(jìn)一步加劇了眼前的困境。

液冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是壓倒性的。水的導(dǎo)熱系數(shù)約0.6W/(m?K)，而空氣約0.024W/(m?K)，也就是說(shuō)，水的熱導(dǎo)率是空氣的25倍。

再看單位體積吸熱能力，水的比熱容是4.2kJ/(kg?K)，空氣的比熱容是1.005kJ/(kg?K)，水的比熱容是空氣的4.18倍，密度是空氣的833倍。兩者乘積約為3500倍。實(shí)際工程中，因冷卻液流動(dòng)效率更高，單位體積散熱能力還會(huì)進(jìn)一步提升。

液冷可大幅降低數(shù)據(jù)中心能耗20%到30%以上，將PUE降低至1.2以下，甚至在浸沒(méi)式液冷方案中可以達(dá)到1.05。同時(shí)，液冷系統(tǒng)占空間更小，機(jī)房空間利用率可提升30%，在寸土寸金的核心城市尤其重要。

市場(chǎng)對(duì)液冷技術(shù)的需求正在爆發(fā)式增長(zhǎng)。2025年全球液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)28.4億美元，同比增長(zhǎng)44.9%，到2032年有望突破211.4億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率33.2%。

目前主流的液冷技術(shù)包括冷板式、浸沒(méi)式和噴淋式三大類。其中，冷板式液冷因改造成本低、兼容性強(qiáng)，占據(jù)當(dāng)前液冷市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。冷板式液冷通過(guò)液體與服務(wù)器發(fā)熱部件間接接觸的方式進(jìn)行散熱，將PUE控制在1.25以下。

就連英偉達(dá)也都在探索水冷板技術(shù)，他們正在推動(dòng)一種叫做微通道水冷板（MLCP）的液冷方案。

因?yàn)橐褂靡环N專用的冷卻液，所以MLCP的單價(jià)大約是現(xiàn)有散熱方案的3到5倍。但是單塊MLCP可穩(wěn)定應(yīng)對(duì)2kW以上功耗，熱流密度最高達(dá)800W/cm2，是熱管技術(shù)的4倍左右。

因此，冷卻液本身也是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。根據(jù)MarketsandMarkets的預(yù)測(cè)，全球冷卻液市場(chǎng)規(guī)模將從2025年的約28億美元增長(zhǎng)到2032年的211億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)33.2%。

另一方面，受歐盟PFAS(全氟和多氟烷基物質(zhì))限制法規(guī)的影響，環(huán)保型冷卻液正在快速崛起，這種生物基和碳?xì)浠衔镏瞥傻睦鋮s液，市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將以18.4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

液冷技術(shù)的發(fā)展不僅僅是技術(shù)的進(jìn)步，更代表著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)。

這些增長(zhǎng)不是概念，不是炒作，而是實(shí)實(shí)在在的物理需求。算力的增長(zhǎng)必然帶來(lái)電力消耗的增長(zhǎng)，電力消耗的增長(zhǎng)必然帶來(lái)銅的需求，散熱需求的增長(zhǎng)必然帶來(lái)鋁和冷卻液的需求。