半导体,重大突破!

文摘   财经   2024-12-23 19:01   山东  


情绪低迷期,新老题材交替,“金刚石”异军突起,成为今天市场仅有的几个亮点之一。作为新起题材,成色如何?我们一起来看一下。


消息面:


近日,北京大学研究团队在金刚石薄膜材料制备和应用领域取得重大突破,成功开发出能够批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的制备方法。


该研究成果于12月18日在顶级学术期刊《自然》上发表,引发关注。


点评:这一发现标志着我国在金刚石薄膜技术领域的一大飞跃,为未来金刚石薄膜在电子、光学等多个领域的应用提供了新的可能性。


金刚石不止作为人造钻石在消费市场广受欢迎,在半导体领域同样前景广阔。


AI时代,芯片散热问题越来越受到重视。当芯片表面温度达到70-80℃时,温度每增加1℃,芯片可靠性就会下降10%;设备故障超过55%与过热直接相关。


而金刚石是已知热导率最高的材料,热导率达硅(Si)13倍、碳化硅(Sic)4倍,铜和银4-5 倍,并具有超宽禁带半导体优异特质。


另外,与 SiC 相比,钻石芯片成本可便宜30%,所需材料面积仅为SiC芯片1/50,减少3倍能量损耗,并将芯片体积缩小4倍。


因此,金刚石被视为“第四代半导体”或“终极半导体材料”。


未来,电脑手机、汽车、航空航天、卫星通讯、无人机、人形机器人的热管理及效率提升都将由钻石来解决。钻石散热未来将成为AI时代的终极解决方案!


半导体领域,“钻石冷却”技术可让GPU、CPU计算能力提升3倍,温度降低60%,能耗降低40%,为数据中心节省数百万美元的冷却成本。

新能源汽车领域,超薄钻石纳米膜助力电动汽车充电速度提升5倍,热负荷降低10倍。基于钻石技术的逆变器体积小6倍,性能更卓越。


太空卫星领域,数据速率提升5-10倍,尺寸减小50%,并在严酷的太空环境中表现更稳定。无人机领域,无人机仅需1分钟就能充满电,金刚石吸收产生高密度激光束,解决续航问题。


那金刚石行业发展趋势如何?


经测算,全球钻石散热市场规模有望从2025年的0.37亿美金(渗透率不足0.1%)增长到2030年152亿美金(渗透率10%),复合增速214%。随着钻石散热产业链逐步成熟,渗透率和市场规模有望进一步大幅增长。


目前,我国人造钻石产量占全球90%以上,具备绝对成本优势和全球唯一完整的产业链。国内培育钻石企业纷纷积极布局“钻石散热”技术,并且已在半导体衬底及热沉等方面取得突破,有望迎来不错机会。


国内培育钻石产业链主要包括以下两个环节:


1、设备制造端:


培育钻石主要有两个方法,HTHP法(高温高压法)、CVD法(化学气相沉积法)。


HTHP法(高温高压法)的核心设备是六面顶压机,中国在该领域的技术水平居全球领先地位,但由于设备厂商扩产意愿受限,压机的供应量相对稳定。


CVD法(化学气相沉积法)主要采用MPCVD流派(日本SEKI技术较为先进),全球设备数量增长迅速,国产设备技术水平也显著提升。


主要公司有国机精工、辽宁鑫源等。


2、毛坯生产端:


全球HTHP法与CVD法的产能比例约为6:4,其中HTHP法的产能主要集中在中国,且在生产小克拉钻石方面具备成本与效率优势;


而CVD法的产能则较为分散,中国、印度、美国等国都有一定份额,且在生产大钻石、彩钻和异形钻石方面具有技术优势。


主要公司有力量钻石、中兵红箭、黄河旋风、四方达、惠丰钻石、沃尔德等。


今年以来,不少巨头开始布局钻石散热。


其中,美国公司Akash Systems获得芯片法案6800万美金支持研发钻石散热技术;


英伟达已率先采用钻石散热GPU实验,性能是普通芯片的三倍,有望在下一代产品开始使用;


华为接连申请钻石散热专利,并于12月3日公开,坚定入局,有望在高性能计算、人工智能等领域广泛应用。


另外,2024年8月开始,商务部、海关总署对人造金刚石设备和技术进行出口管制,也说明金刚石在尖端科技的重要性。


梳理金刚石产业链相关公司,仅供参考:


中兵红箭:公司功能金刚石产品可用于半导体、光学、散热、量子等领域。


黄河旋风:公司在金刚石半导体相关领域技术处于研发阶段。


沃尔德:公司重点聚焦金刚石功能性材料在工具级、热沉级、光学级、电子级等方面的研究。


力量钻石:全资子公司与台湾捷斯奥企业有限公司签订半导体高功率金刚石半导体项目,致力于研究半导体散热功能性金刚石材料。


光莆股份:公司投资的化合积电公司的金刚石热沉片可用于芯片散热。


AI电耗猛增,电力逻辑强化


钻石散热之外,还有一个题材在大分部投资者的视线之外偷偷发酵,它就是电力板块。


消息面:


近日,一项海外研究表明,美国数据中心的电力需求预计在未来三年内将增长近三倍,将占到全美电力消耗的 12%


根据预测,到2028年,数据中心的年用电量可能达到74132吉瓦,占美国总电力消耗的6.7%12%


点评:作为算力的核心硬件,数据中心一直都是耗电大户。


算力井喷之下,一方面单机柜的平均功率大幅提升。


为了满足算力需求,AI服务器的GPUASIC等芯片元器件性能和功耗水平提升,功率已经较普通服务器高了68倍。


服务器又是数据中心的关键组件,导致单机柜的数据中心能耗也大幅增长。


看官别走,点个关注:

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2023年全球数据中心单机柜平均功率达到20.5kW,较2008年增长242%,预计2025年全球数据中心单机柜平均功率有望达到25kW


另一方面,数据中心机柜密度增加,数据中心规模扩大。


数据的爆发式增长使得数据中心数量直线上升,资料显示,超大规模数据中心数量在 2023 年底为992个,在 2024 年初突破千个大关。


同时,设施数量和平均容量的不断增加导致超大规模数据中心的总容量仅四年内就翻了一番,未来总容量有望在四年内再次翻倍。


高密度机柜驱动数据中心电耗飞升,根据 Vertiv 数据,目前超大规模数据中心年均耗电量高达 20-50MW,足以为37000 户家庭供电。


据统计过去几年我国数据中心耗电量呈现高增长态势,2023年全国数据中心一年耗电量1500亿度,约占我国耗电总量的1.6%


随着数字技术向经济社会各领域渗透,人工智能、区块链、云计算等新型数字产业的蓬勃发展,预计到2025年,全国数据中心用电量占全社会用电量的比重将提升至3%


大势所趋之下,数据中心耗电量的猛增使得电力板块的逻辑持续得到强化。


电力产业链中,最上游的电力设备有望最先迎来放量,核心零部件包括变压器、电源管理芯片、智能电表等。


其中,电源管理芯片因具有更高的效率、灵活性和精度,被广泛应用于数据中心等领域。


随着数据中心等对电源管理要求的不断提高,其市场规模有望持续扩大,2030年全球数字电源芯片市场销售额预计将达到251亿元,2024-2030年的年复合增长率为11.3%


A股电源管理芯片公司主要有;


中国长城,它在服务器电源方面,有高功率CRPS服务器电源如3200W4800W两款,可满足AI服务器对电源的高要求。


北京科锐的子公司北京科锐博润电力电子有限公司的研发超级电容充电装置,输出功率达到世界先进水平。


晶丰明源DCIDC电源芯片已进入全面市场推广阶段,并在数据中心相关的服务器领域实现量产。


以上分析不构成具体投资建议。股市有风险,投资需谨慎。


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