电子行业研究：AI下的HDI：工艺难度升级带来弯道超车机会

投资逻辑 高速通信为HDI注入新动能，CAGR=7%成为第二高增的细分领域。AI作为当前景气度最高、投资力度最大的需求领域， 其采用的方案设计一直是市场上紧密关注的问题，我们观察到AI领域开始加大对HDI这一PCB行业传统技术的应用，最为典型的代表就是英伟达GB200的产品中不仅在算力层使用了HDI工艺，同时在象征着高带宽、以往都采用高多层PCB的连接层也引入了HDI工艺，这样的变化有望为行业注入新的动能。 HDI有利于损耗控制，工艺难度升级格局或发生变化。HDI的特征是高密度、可缩小PCB板面，过去主要应用在消费 类产品，而高速通信设备通常应用的是6-16层高多层板。当前AI引入HDI的原因在于两方面，其一带宽提升对信号损耗控制提出更高的要求而HDI有助于控制损耗，其二芯片性能提升要求承载芯片的PCB做出更细的线宽线距和更小孔径。我们认为高速通信领域引入HDI对行业提出了新的技术挑战（高阶HDI对产能的消耗较大，对良率的控制要求更高，高速通信HDI板面更大、内层层数更高），会增加整个行业的附加值，为行业增添成长动力，同时HDI下游格局的变化将为HDI供应链带来弯道超车机会（引领高速通信HDI的设计厂与消费HDI的设计厂不一样，加上工艺有变化，大陆厂商布局更为积极）。 投资建议 短期：产能不会太紧缺，价格高是因良率低和有效竞争者少。1)PCB定制化属性强使得供给是先于需求准备的。PCB属 于高度定制化产品，PCB厂商为了能够争取大客户订单，都会提前布局好产能以备拿下订单后的生产，我们观察到当前高速通信核心供应链的厂商产能准备相对充足，产能短期未观察到可能出现紧缺的情况；2)PCB过去几年扩产过剩，市面上存在设备处于闲置状态。过去几年PCB行业进行了大面积的扩产（PCB公司融资上市加快、现金流购置固定资产加大）、储备HDI关键设备较多（如钻孔机，从大族数控的钻孔机营收可看到行业在2020和2021年进行了大规模的设备储备），当前行业还存在较多关键设备闲置，出现全面紧缺的可能性较低。我们认为高速通信对HDI所带来的机会更多地体现在新的工艺设计带来了较高的加工难度，体现为良率较低的情况下价格居高不下，而不是产能紧缺导致价格上涨；并且我们认为PCB行业的定制化属性是极高的，设计掌握在客户端会导致非产业链中的厂商无法跟上这一代技术变化，也就是说有效竞争者是较少的。因此我们认为在HDI细分领域发生变化时，应当抓住产业链中的核心参与者的成长机会，而不是关注边缘厂商。 长期：HDI会成为主流方案带来行业增量，跟踪产业链格局边际变化。虽然当前仅有个别终端客户在采用HDI方案上 较为激进（如英伟达），但基于HDI本身的性能优越性，我们认为在产品良率提升后该类产品将成为行业主流方案，考虑到PCB的定制化属性，行业的发展不等于所有PCB厂商都能够受益，这一时期应当关注各类厂商在客户拓展方面的边际变化，进入新客户参与新产品研发的PCB厂商将会受益。 建议关注核心产业链的核心供应商。我们认为当前情况下应当关键核心产业链的核心供应商，建议关注胜宏科技、生 益电子、沪电股份、深南电路、生益科技等厂商。 风险提示 AI发展不及预期；HDI方案推广受阻；竞争加剧。 内容目录 一、高速通信为HDI注入新动能，CAGR=7%成为第二高增的细分领域4 二、HDI有利于损耗控制，工艺难度升级格局或发生变化5 2.1、什么是HDI：一种具有高密度特性的PCB工艺5 2.2、为什么在高速通信领域引入HDI？6 2.3、高速通信HDI工艺难度大幅升级，格局或发生变化9 三、投资判断：从产业链的逻辑抓住核心参与者成长机会11 3.1、短期：产能不会太紧缺，价格高是因良率低和有效竞争者少11 3.2、长期：HDI会成为主流方案带来行业增量，跟踪产业链格局边际变化12 3.3、投资建议：关注核心产业链的核心供应商13 四、风险提示13 4.1、AI发展不及预期13 4.2、HDI方案推广受阻13 4.3、竞争加剧13 图表目录 图表1：英伟达推出GB200NVL架构的AI服务器算力系统4 图表2：GB200中HDI板和GPU+CPU系统构成了“有点小贵”的算力单元4 图表3：GB200中设计了NVLINKSWITCH同样采取了HDI的工艺设计4 图表4：英伟达GB200系统关键硬件架构示意图5 图表5：PCB通孔板示意图5 图表6：PCB一阶HDI板示意图5 图表7：PCB二阶HDI板示意图6 图表8：PCBAnylayerHDI板示意图6 图表9：HDI盲孔/埋盲孔可节约布线空间来提高密度6 图表10：HDI盲孔/埋孔通过激光钻孔缩小孔径6 图表11：HDI以往主要应用在消费类产品7 图表12：通信设备以往主要用8-16层高多层板7 图表13：服务器/存储设备以往主要用6-16层高多层板7 图表14：英伟达不同代际GPU互连带宽7 图表15：GB200中GPU和CPU之间的互连采用NVLINKC2C8 图表16：单体通信设备中两个节点之间的传输8 图表17：HDI工艺可缩小板面8 图表18：英伟达GPU芯片性能快速迭代9 图表19：英伟达NVLINK交换芯片性能迭代9 图表20：芯片性能升级会倒逼承载芯片的PCB板工艺升级9 图表21：增层对产能的影响10 图表22：高速通信领域所用HDI板与手机领域所用HDI板大小对比10 图表23：AI高速通信产业链关系11 图表24：A股PCB公司上市时间分布12 图表25：主要PCB公司购置固定资产、无形资产和其他长期资产的金额12 图表26：大族数控钻孔设备营收变化12 一、高速通信为HDI注入新动能，CAGR=7%成为第二高增的细分领域 AI作为当前景气度最高、投资力度最大的需求领域，其采用的方案设计一直是市场上紧密关注的问题，技术变化所带来产业链变化也将成为产业链未来发展的重要方向。我们观察到AI领域开始加大对HDI这一PCB行业传统技术的应用，最为典型的代表就是英伟达GB200的产品中不仅在算力层使用了HDI工艺，同时在象征着高带宽、以往都采用高多层PCB的连接层也引入了HDI工艺，这样的变化有望为行业注入新的动能，值得高度关注。 图表1：英伟达推出GB200NVL架构的AI服务器算力系统 来源：英伟达官网，国金证券研究所 图表2：GB200中HDI板和GPU+CPU系统构成了“有点小贵”的算力单元 图表3：GB200中设计了NVLINKSWITCH同样采取了HDI的工艺设计 来源：英伟达官网，国金证券研究所来源：英伟达官网，国金证券研究所 图表4：英伟达GB200系统关键硬件架构示意图 来源：英伟达官网，国金证券研究所 二、HDI有利于损耗控制，工艺难度升级格局或发生变化 2.1、什么是HDI：一种具有高密度特性的PCB工艺 HDI板为高密度互连多层板（HighDensityInterconnect），是硬性电路板中的一个细分板种，相对于普通通孔多层板铜层互连是通过通孔连接，HDI的特征就是内部不同层的铜层之间通过微盲孔/埋盲孔互连，可以说钻有微盲孔/埋盲孔的PCB板即为HDI。进一步来看，微盲孔/埋盲孔一般是通过增层的方式来实现的，而根据增层的多少可以将HDI划分为一阶HDI、二阶HDI、三阶HDI、任意层HDI（AnylayerHDI，是最高阶的HDI，后简称Anylayer）。 图表5：PCB通孔板示意图图表6：PCB一阶HDI板示意图 通孔板 直接用机械钻孔一次性打穿所有层。 一阶HDI板（1+N+1） “N”表示通孔层数，此处N为4层；“1”表示通孔层外再增层1次，即为一阶，需二次压合（即普通三层板做 线路布线 完之后再增层1次）。 通孔 盲孔 线路 布线 通孔 增层 通孔板层 增层 来源：国金证券研究所来源：国金证券研究所 图表7：PCB二阶HDI板示意图图表8：PCBAnylayerHDI板示意图 二阶HDI（2+N+2） “N”表示通孔层数，此处N为4层；“2”表示通孔层外再增层2次，即为二阶，需三次压合（即普通双面板做 完之后再增层2次）。 任意阶HDI（Anylayer） 每一层都是逐层激光打孔后压合叠在一起的。 盲孔 埋盲孔 通孔 线路 布线 内通孔覆盖4层铜层 盲孔 埋盲孔 线路 布线 增层 通孔Anylayer 板层每一层都是增层 增层 来源：国金证券研究所来源：国金证券研究所 HDI的主要特征是高密度性。HDI由于存在很多微盲孔/埋盲孔，因此其布线密度相对于通孔板更高，原理在于： 1)盲孔/埋盲孔可节约布线空间。普通多层板采用通孔来连接不同层，但通孔会占用大量本可以用于布线的空间，反之运用盲孔/埋盲孔来实现不同层间的连接功能，可以腾出空间做更多布线，从而提高布线的密度； 2)激光钻孔能够缩小孔径。盲孔/埋盲孔多用激光钻孔灼掉树脂介质层，通孔通常用机械打孔的方式制成（激光镭射难以射穿铜面或非常耗时），相比之下激光钻孔的孔径要比机械打孔更细（机械钻孔如果孔径要达到激光钻孔的相同大小，需要非常细的钻头，细钻头易断，成本较高），更节约空间。 因此运用盲孔/埋盲孔越多，密度就越高，也就是说HDI的阶数越高，密度也就越高，Anylayer就是HDI中最高密度的板型。不过值得注意的是，HDI升级到Anylayer之后就无法再通过增加盲孔/埋盲孔来提升布线密度，因此工业制造中在HDI的工艺基础上，通过导入半加成法（mSAP）和载板的工艺来制造更高密度的板材，即类载板（Substrate-likePCB，后简称为SLP），可见HDI是实现高密度布线的重要板材。 图表9：HDI盲孔/埋盲孔可节约布线空间来提高密度图表10：HDI盲孔/埋孔通过激光钻孔缩小孔径 HDI板 用盲孔、埋盲孔、埋孔的组合来实现层层相连，同时达到比普通多层板更多的布线 不用通孔之后多�来的布线空间 增层两层，则为2阶HDI 盲孔 埋盲孔 通孔 线路 布线 内通孔覆盖4层铜层 通孔板层 增层两层，则为2阶HDI 空间。激光钻孔机械钻孔 通孔 线路布线 普通多层板 用通孔来实现层层相连，但通孔占据了大 量的布线空间。（走线与上方HDI板相同）。 最低可做到1mil的孔径最低只能做到6mil的孔径 来源：国金证券研究所来源：SierraCircuits，国金证券研究所 2.2、为什么在高速通信领域引入HDI？ 高密度特性决定了HDI板相比普通多层板更轻、更薄以及更小巧的特征，多适用于移动手机、平板电脑、PC电脑、穿戴式设施、掌上游戏机终端、数位相机等消费级终端的主板，其他应用也包括车用电子（域控）、低轨道卫星设备等。而像AI这类高速通信类产品主 要的特点是板载信号量大，以往更多的运用的板型为高多层板，以同样具有高速特点的通信设备和服务/存储设备为例，通信设备运用最多的板型为8-16层高多层板，服务/存储 设备运用最多的板型为6层和8-16层高多层板。那么为何运用于消费类电子产品的HDI会引入到高速通信领域呢？我们认为关键点主要在于带宽提升和芯片升级两个方面。 图表11：HDI以往主要应用在消费类产品 来源：欣兴电子官网，国金证券研究所 图表12：通信设备以往主要用8-16层高多层板图表13：服务器/存储设备以往主要用6-16层高多层板 来源：深南电路招股说明书，国金证券研究所来源：深南电路招股说明书，国金证券研究所 带宽提升对信号损耗控制提出更高的要求，缩短传输距离成为关键 对于AI算力芯片来说，其关键的性能除了GPU计算浮点数之外，同样重要的还包括GPU矩阵计算单元互连时的连接带宽，这决定了在单位时间内系统整体运行的效率，因此芯片互连带宽也成为了算力硬件中关键的性能指标。作为AI算力领域的绝对龙头，英伟达也开发了自己的互连协议NVLINK，并且通过不断提升芯片之间互连的带宽来打造更高效的算力层系统，根据官网显示的信息我们看到，随着GPU迭代互连带宽也在逐渐提升，特别是到GB200这一新架构下，GPU之间互连带宽已