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銅為何是AI時代的石油？

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【銅為何是AI時代的石油？】銅為何是AI時代的石油？

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銅為何是AI時代的石油？

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銅是人類最早發現和使用的金屬之一 ， 早在公元前8000年 ， 我們的祖先就開始用銅制作工具和裝飾品 。
現如今 ， 這個古老的金屬因為AI的發展而再次被人們關注 。 高盛在其研究報告《AI與國防將電網置于能源安全中心》里表達了這樣一個觀點：銅將成為AI時代的石油 。
這非?！斑`和” ， 因為當人們談論AI的崛起時 ， 大多數人想到的是算法和模型 ， 但很少有人意識到 ， 計算結果并不是憑空產生的 ， 必須依靠電力和硬件設備 。 ChatGPT日處理2億次請求需消耗超過50萬千瓦時電力 ， 相當于1.7萬戶美國家庭的日用電量 。
而支撐這一切的 ， 正是這個來自于蠻荒時代的金屬 。
每個高端GPU芯片都需要大量銅材料用于導熱和電路連接 ， 這不是可有可無的配角 ， 而是決定芯片性能的關鍵因素 。
就拿現在整個AI界最火的H100來說 ， 每個GPU里面有3273顆錫球 ， 每顆錫球對應至少1-2條銅導線 ， 而且其核心芯片連接部分還需數千根基礎導線 。 這里面斷掉任何一根銅導線都可能導致這個GPU停止運行 。
當芯片功耗從幾十瓦飆升到上千瓦 ， 傳統的散熱方案已經徹底失效 ， 只能依靠銅材料將熱量傳導至設備外部 。
英偉達H100芯片的熱設計功耗已達700W ， 而英偉達最新的GB300服務器單機柜功率密度最高可達130kW ， 和一臺中小型柴油發電機差不多 。 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據中心的電網基礎設施 。
數據中心的銅消耗量正在以驚人的速度增長 。 根據施耐德電氣的測算 ， 1GW數據中心用銅量約6.58萬噸 ， 2023年全球數據中心裝機規模為7.1GW ， 總用銅量達46.7萬噸 ， 占全球銅消費量的1.7% ， 預計到2026年將增長至71萬噸 。

但這僅僅是數據中心建設設備的用銅量 ， 支撐算力運行的電網設施同樣存在巨大的用銅需求 ， 到2026年電網設施用銅量將達62.4萬噸 。
這并不是危言聳聽 ， 英偉達推出的GB200超級芯片使用銅纜連接方案 ， 其機柜內部使用的電纜長度累計接近2英里 。 如果按照H100在2024年的出貨量來參考 ， GB200也出貨35萬到40萬臺 ， 那么它所需要的銅足足能達到3萬噸 。
在高盛的報告中寫到：到2030年 ， 全球數據中心電力需求預計激增160% ， 這意味著現有的電網基礎設施需要大規模升級改造 。
歐洲電網平均運行年限已達50年 ， 北美電網超過40年 ， 這些老化的電網不僅傳輸效率低下 ， 難以承載日益增長的電力需求 。 在美國13個區域電力市場中 ， 2024年夏季已有9個出現電力臨界緊張狀況 ， 到2030年 ， 幾乎所有市場都將因為導電材料 ， 面臨用電短缺 。
2024年 ， 歐盟電網銅消費量約75萬噸每年 ， 北美約40萬噸每年 ， 中國約570萬噸每年 。 瑞銀預測 ， 2024到2030年歐盟與北美電網銅消費年均增長3% ， 累計增量約25萬噸 。
電網升級為什么離不開銅？答案在于銅獨特的物理特性 。 銅的導電效率是鋁的1.6倍 ， 電阻率極低 ， 使用壽命可達30至50年 ， 為鋁制品的兩倍以上 。
在電力傳輸方面 ， 銅的優勢是不可替代的 。 高盛預測 ， 到2030年 ， 全球電網及電力基礎設施建設將貢獻60%的銅需求增長 ， 這一增量相當于當前全球銅消費總量與美國年消費量之和 。
高盛預計 ， 銅價將在2027年達到每噸10750美元 。 國證有色金屬行業指數強勢上漲2.21% ， 有色ETF基金上漲2.41% ， 其中銅含量占比28.66% ， 市場已經開始反映這一趨勢 。
銅礦開采和精煉產能增長是非常有限的 ， 過去十年全球銅礦產量復合平均增長率約2.1% 。 國際銅業研究組織（ICSG）在2025年10月下調了增長預期 ， 2025年全球銅礦產量預計僅增長1.4% 。
惠譽旗下BMI預測 ， 未來十年全球銅礦產量年均增速 ， 遠低于新能源、AI 等領域催生的銅需求增長 。 其中最核心的原因在于優質銅礦資源減少 ， 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% 。
那么銅的價格上漲幾乎成為必然 。
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然而 ， 銅價的上漲也在催生新的機遇 。 鋁作為銅的重要替代品 ， 正在迎來自己的高光時刻 。 雖然鋁的導電性能不如銅 ， 但在某些應用場景中 ， 鋁的成本優勢和重量優勢使其成為更好的選擇 。
在GPU散熱領域 ， 鋁的應用已經相當廣泛 。 GPU散熱器上那些密密麻麻的、用于和空氣進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提供最大的散熱表面積 。 而且GPU的外部結構支架或護罩通常由鋁或鎂鋁合金制成 ， 這是為了在保證強度的同時 ， 盡可能減輕重量 。
仍以英偉達H100為例 ， 其散熱器上的鋁制鰭片陣列體積龐大 ， 總重量估計在300克到700克之間 。
數據中心服務器的散熱系統同樣大量使用鋁材 。 按照一個機柜配置80個GPU計算 ， 如果全部采用銅制散熱器 ， 散熱系統總重量將達到64-96公斤 。 而采用鋁制散熱器后 ， 總重量僅為24-36公斤 ， 減重40-60公斤 。
不僅降低了機柜結構的承重壓力 ， 還能在相同承重條件下部署更多服務器 ， 提升數據中心的算力密度 。 更重要的是 ， 鋁制散熱器的成本僅為銅制散熱器的40%-50% ， 在大規模部署時能夠節省數百萬元的投資 。
在電力傳輸方面 ， 鋁纜的應用也在快速增長 。 鋁纜廣泛用于建筑物級別的大電流主干電力輸送 ， 例如從變電站到數據中心大樓 ， 以及大樓內垂直和水平的主干電纜槽中的電纜 。

雖然輸送相同電力時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 。 對于長距離、固定鋪設的場景 ， 鋁纜的優勢更加明顯 。
瑞銀對此也持樂觀態度 ， 對今明兩年的鋁價預測分別上調5%和2% 。
全球鋁產量持續增長 ， 從2018年的6416.6萬噸增長至2023年的7058.1萬噸 ， 年復合增速約1.9% 。 2024年全球電解鋁產量預計達到7225萬噸 ， 較2023年增長2.17% 。
中國是全球鋁產量第一大國 。 截至2024年底 ， 中國累計原鋁產量約5.504億噸 ， 占全球累計產量的31.47% 。 2024年中國原鋁產量約4400萬噸 ， 再創歷史新高 ， 占世界當年鋁總產量的60.12% 。
可是自2017年以來 ， 中國啟動電解鋁行業供給側改革 ， 清理整頓違法違規產能 ， 并設定了4500萬噸的合規產能上限 。 截至2024年11月底 ， 中國電解鋁建成產能已達4502萬噸 ， 運行產能約4394萬噸 ， 產能利用率高達97.74% ， 意味著中國電解鋁產能幾乎已無增長空間 ， 未來產量增長只能依靠開工率的微幅提升來實現 。
與中國形成鮮明對比的是 ， 海外鋁產能正在加速擴張 。 2024年1-10月 ， 海外電解鋁產量達2482萬噸 ， 同比增長1.4% 。 隨著此前關停產能的復產以及新建項目的投產 ， 預計2025年海外電解鋁產量增速將加快 。
從產量占比來看 ， 截至2024年10月 ， 中國電解鋁產量占全球產量的約60% ， 而海灣合作委員會國家和除中國外的其他亞洲國家產量占比分別為8.6%和6.6% 。
雖然2025年全球鋁市雖然維持小幅過剩 ， 但到2026年 ， 這一格局將徹底反轉 。 美國銀行 ， 鋁產業將會出現約29.2萬噸的供應缺口 ， 而鋁價有望在2026年四季度攀升至每噸3000美元 。
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不過銅和鋁只是這場AI革命的序幕 ， 真正的大市場在于冷卻和水 。 數據中心不只是用電大戶 ， 同時也是產熱大戶 。
隨著AI芯片功耗的持續攀升 ， 傳統的風冷散熱方案已經走到了物理極限 。 風冷散熱的上限一般為10kW到15kW每機柜 ， 個別系統能做到20kW 。 但是面對現在這些GPU ， 再強風冷系統也就那么回事 。
功率密度的限制使得風冷無法滿足高功耗芯片的散熱需求 ， 巨大的能耗問題導致PUE（Power Usage Effectiveness能量使用效率）值居高不下 ， 大量的風扇和風道還占用了寶貴的空間 。
更嚴重的是 ， 隨著AI芯片功耗的進一步攀升 ， 進一步加劇了眼前的困境 。

液冷技術的優勢是壓倒性的 。 水的導熱系數約0.6W/(m?K) ， 而空氣約0.024W/(m?K) ， 也就是說 ， 水的熱導率是空氣的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 。 實際工程中 ， 因冷卻液流動效率更高 ， 單位體積散熱能力還會進一步提升 。
液冷可大幅降低數據中心能耗20%到30%以上 ， 將PUE降低至1.2以下 ， 甚至在浸沒式液冷方案中可以達到1.05 。 同時 ， 液冷系統占空間更小 ， 機房空間利用率可提升30% ， 在寸土寸金的核心城市尤其重要 。
市場對液冷技術的需求正在爆發式增長 。 2025年全球液冷數據中心市場規模預計達28.4億美元 ， 同比增長44.9% ， 到2032年有望突破211.4億美元 ， 復合增長率33.2% 。
目前主流的液冷技術包括冷板式、浸沒式和噴淋式三大類 。 其中 ， 冷板式液冷因改造成本低、兼容性強 ， 占據當前液冷市場的主導地位 。 冷板式液冷通過液體與服務器發熱部件間接接觸的方式進行散熱 ， 將PUE控制在1.25以下 。
就連英偉達也都在探索水冷板技術 ， 他們正在推動一種叫做微通道水冷板（MLCP）的液冷方案 。
因為要使用一種專用的冷卻液 ， 所以MLCP的單價大約是現有散熱方案的3到5倍 。 但是單塊MLCP可穩定應對2kW以上功耗 ， 熱流密度最高達800W/cm2 ， 是熱管技術的4倍左右 。
因此 ， 冷卻液本身也是一個巨大的市場 。 根據MarketsandMarkets的預測 ， 全球冷卻液市場規模將從2025年的約28億美元增長到2032年的211億美元 ， 復合年增長率高達33.2% 。
另一方面 ， 受歐盟PFAS(全氟和多氟烷基物質)限制法規的影響 ， 環保型冷卻液正在快速崛起 ， 這種生物基和碳氫化合物制成的冷卻液 ， 市場份額預計將以18.4%的復合年增長率增長 。
液冷技術的發展不僅僅是技術的進步 ， 更代表著整個產業鏈的重構 。
這些增長不是概念 ， 不是炒作 ， 而是實實在在的物理需求 。 算力的增長必然帶來電力消耗的增長 ， 電力消耗的增長必然帶來銅的需求 ， 散熱需求的增長必然帶來鋁和冷卻液的需求 。

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