AI驱动下的金属需求革命：铜、铝与冷却液的战略新篇

铜作为人类文明中最早被发掘并应用的金属之一，其历史可追溯至公元前8000年，那时先民已开始使用铜来打造工具与装饰品。

时至今日，随着人工智能的崛起，这一古老金属重新成为焦点。高盛在研究报告《AI与国防将电网置于能源安全中心》中提出一个观点：铜或许会成为AI时代的石油。

这看似有些矛盾，因为当人们讨论AI时，大多聚焦于算法与模型，却忽略了其运行离不开电力与硬件支撑。以ChatGPT为例，其日处理2亿次请求需消耗超50万千瓦时电力，等同于1.7万户美国家庭的日用电量。

而这一切的背后，正是源于远古时代的金属——铜在默默支撑。

每一块高端GPU芯片都需要大量铜材用于导热与电路连接，这并非可有可无的配角，而是决定芯片性能的核心要素。

以当前AI界最热门的H100 GPU为例，每个芯片内包含3273颗锡球，每颗锡球对应至少1至2条铜导线，且核心芯片连接部分还需数千根基础导线。其中任何一根铜导线断裂都可能导致整个GPU停止运作。

当芯片功耗从几十瓦跃升至上千瓦，传统散热方案已完全失效，唯有依靠铜材才能将热量高效传导至设备外部。

英伟达H100芯片的热设计功耗已达700W，而其最新的GB300服务器单机柜功率密度最高可达130kW，堪比一台中小型柴油发电机。要驱散如此巨大的热量，必须依赖大量的铜制散热组件。

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GPU制造仅是冰山一角，真正的铜消耗大户在于数据中心的电网基础设施。

数据中心的铜用量正以惊人速度增长。根据施耐德电气的测算，1GW数据中心的用铜量约为6.58万吨，2023年全球数据中心装机规模达7.1GW，总用铜量达46.7万吨，占全球铜消费量的1.7%，预计到2026年将增至71万吨。

但这还只是数据中心建设设备的用铜量，支撑算力运行的电网设施同样存在巨大的铜需求，到2026年电网设施用铜量将达62.4万吨。

这并非危言耸听，英伟达推出的GB200超级芯片采用铜缆连接方案，其机柜内部使用的电缆长度累计接近2英里。若参照H100在2024年的出货量，GB200出货35万到40万台，那么其所需要的铜将达到约3万吨。

高盛报告中写道：到2030年，全球数据中心电力需求预计激增160%，这意味着现有电网基础设施需大规模升级改造。

欧洲电网平均运行年限已达50年，北美电网超过40年，这些老化的电网传输效率低下，难以承载日益增长的电力需求。在美国13个区域电力市场中，2024年夏季已有9个出现电力临界紧张状况，到2030年，几乎所有市场都将因导电材料不足而面临用电短缺。

2024年，欧盟电网年铜消费量约75万吨，北美约40万吨，中国约570万吨。瑞银预测，2024到2030年间欧盟与北美电网铜消费年均增长3%，累计增量约25万吨。

电网升级为何离不开铜？答案在于铜独特的物理特性。铜的导电效率是铝的1.6倍，电阻率极低，使用寿命可达30至50年，为铝制品的两倍以上。

在电力传输领域，铜的优势难以替代。高盛预测，到2030年，全球电网及电力基础设施建设将贡献60%的铜需求增长，这一增量相当于当前全球铜消费总量与美国年消费量之和。

高盛预计，铜价将在2027年达到每吨10750美元。国证有色金属行业指数强势上涨2.21%，有色ETF基金上涨2.41%，其中铜含量占比28.66%，市场已开始反映这一趋势。

铜矿开采和精炼产能增长极为有限，过去十年全球铜矿产量复合平均增长率约2.1%。国际铜业研究组织（ICSG）在2025年10月下调增长预期，2025年全球铜矿产量预计仅增长1.4%。

惠誉旗下BMI预测，未来十年全球铜矿产量年均增速将远低于新能源、AI等领域催生的铜需求增长。核心原因在于优质铜矿资源减少，以智利矿山为例，铜采掘的平均品位从2010年的1.6%降至2024年的1.1%。

因此，铜价上涨几乎成为必然趋势。

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然而，铜价上涨也在催生新的机遇。铝作为铜的重要替代品，正迎来自己的高光时刻。尽管铝的导电性能不及铜，但在某些应用场景中，其成本优势和重量优势使其成为更佳选择。

在GPU散热领域，铝的应用已相当广泛。GPU散热器上那些密集的、用于与空气进行热交换的薄片几乎均为铝制，旨在有限体积内提供最大的散热表面积。此外，GPU的外部结构支架或护罩常由铝或镁铝合金制成，以保证强度的同时减轻重量。

仍以英伟达H100为例，其散热器上的铝制鳍片阵列体积庞大，总重量估计在300克到700克之间。

数据中心服务器的散热系统同样大量使用铝材。按一个机柜配置80个GPU计算，若全部采用铜制散热器，散热系统总重量将达64-96公斤。而采用铝制散热器后，总重量仅为24-36公斤，减重40-60公斤。

这不仅降低了机柜结构的承重压力，还能在相同承重条件下部署更多服务器，提升数据中心的算力密度。更重要的是，铝制散热器的成本仅为铜制散热器的40%-50%，在大规模部署时可节省数百万元投资。

在电力传输方面，铝缆的应用也在快速增长。铝缆广泛用于建筑物级别的大电流主干电力输送，例如从变电站到数据中心大楼，以及大楼内垂直和水平的主干电缆槽中的电缆。

虽然输送相同电力时铝缆需要比铜缆更粗的线径，但铝合金电缆的综合成本比铜电缆低约20%，且重量只有铜的三分之一左右。对于长距离、固定铺设的场景，铝缆的优势更加明显。

瑞银对此也持乐观态度，对今明两年的铝价预测分别上调5%和2%。

全球铝产量持续增长，从2018年的6416.6万吨增至2023年的7058.1万吨，年复合增速约1.9%。2024年全球电解铝产量预计达7225万吨，较2023年增长2.17%。

中国是全球铝产量第一大国。截至2024年底，中国累计原铝产量约5.504亿吨，占全球累计产量的31.47%。2024年中国原铝产量约4400万吨，再创历史新高，占世界当年铝总产量的60.12%。

但自2017年以来，中国启动电解铝行业供给侧改革，清理整顿违法违规产能，并设定了4500万吨的合规产能上限。截至2024年11月底，中国电解铝建成产能已达4502万吨，运行产能约4394万吨，产能利用率高达97.74%，意味着中国电解铝产能几乎已无增长空间，未来产量增长只能依靠开工率的微幅提升来实现。

与中国形成鲜明对比的是，海外铝产能正在加速扩张。2024年1-10月，海外电解铝产量达2482万吨，同比增长1.4%。随着此前关停产能的复产以及新建项目的投产，预计2025年海外电解铝产量增速将加快。

从产量占比来看，截至2024年10月，中国电解铝产量占全球产量的约60%，而海湾合作委员会国家和除中国外的其他亚洲国家产量占比分别为8.6%和6.6%。

尽管2025年全球铝市预计维持小幅过剩，但到2026年，这一格局将彻底反转。美国银行预测，铝产业将会出现约29.2万吨的供应缺口，而铝价有望在2026年四季度攀升至每吨3000美元。

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不过铜和铝仅是这场AI革命的序幕，真正的大市场在于冷却和水。数据中心不仅是用电大户，同时也是产热大户。

随着AI芯片功耗持续攀升，传统的风冷散热方案已触及物理极限。风冷散热的上限一般为10kW到15kW每机柜，个别系统能做到20kW。但对于当前高功耗GPU，再强大的风冷系统也显得力不从心。

功率密度的限制使风冷无法满足高功耗芯片的散热需求，巨大的能耗问题导致PUE值居高不下，大量的风扇和风道还占用了宝贵空间。

更严峻的是，AI芯片功耗的进一步上升，正加剧这一困境。

液冷技术的优势是压倒性的。水的导热系数约0.6W/(m・K)，而空气约0.024W/(m・K)，这意味着水的热导率是空气的25倍。

再看单位体积吸热能力，水的比热容是4.2kJ/(kg・K)，空气的比热容是1.005kJ/(kg・K)，水的比热容是空气的4.18倍，密度是空气的833倍。两者乘积约为3500倍。实际工程中，因冷却液流动效率更高，单位体积散热能力还会进一步提升。

液冷可大幅降低数据中心能耗20%到30%以上，将PUE降低至1.2以下，甚至在浸没式液冷方案中可以达到1.05。同时，液冷系统占用空间更小，机房空间利用率可提升30%，在寸土寸金的核心城市尤为重要。

市场对液冷技术的需求正在爆发式增长。2025年全球液冷数据中心市场规模预计达28.4亿美元，同比增长44.9%，到2032年有望突破211.4亿美元，复合增长率33.2%。

目前主流的液冷技术包括冷板式、浸没式和喷淋式三大类。其中，冷板式液冷因改造成本低、兼容性强，占据当前液冷市场的主导地位。冷板式液冷通过液体与服务器发热部件间接接触的方式进行散热，将PUE控制在1.25以下。

就连英伟达也在探索水冷板技术，他们正在推动一种叫做微通道水冷板（MLCP）的液冷方案。

由于需使用专用冷却液，MLCP的单价大约是现有散热方案的3到5倍。但单块MLCP可稳定应对2kW以上功耗，热流密度最高达800W/cm²，是热管技术的4倍左右。

因此，冷却液本身也是一个巨大的市场。根据MarketsandMarkets的预测，全球冷却液市场规模将从2025年的约28亿美元增长到2032年的211亿美元，复合年增长率高达33.2%。

另一方面，受欧盟PFAS限制法规的影响，环保型冷却液正在快速崛起，这种由生物基和碳氢化合物制成的冷却液，市场份额预计将以18.4%的复合年增长率增长。

液冷技术的发展不仅仅是技术的进步，更代表着整个产业链的重构。

这些增长并非概念或炒作，而是实实在在的物理需求。算力的增长必然带来电力消耗的增长，电力消耗的增长必然带来铜的需求，散热需求的增长必然带来铝和冷却液的需求。