銅為何是AI時代的石油？

（圖片來源：攝圖網）

作者|苗正 來源|字母榜(ID：wujicaijing)

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。

這非常“違和”，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。

一

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。

二

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。

三

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。

編者按：本文轉載自微信公眾號：字母榜(ID：wujicaijing)，作者：苗正