铜供应危机加剧：半导体与新能源领域的挑战

至2035年，全球半导体生产的约32%可能因气候变化相关的铜供应中断而受冲击，此比例将是当前水平的四倍。

智利作为全球最大的铜生产国，正面临水资源短缺的问题，这导致铜产量增速放缓。至2035年，为芯片产业供应铜的17个国家中，大多数都将面临干旱风险。

回收率过低，芯片制造商难以度过“铜”关。

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铜，难以替代

在半导体领域，铜主要用于制造互连线路。传统上，铜通过化学气相淀积（CVD）或物理气相沉积（PVD）技术沉积在金属膜上。这种工艺中，铜能自发形成平坦表面，提供更高的电导率和中性极度的应变。

相较于传统的铝导线，铜线具有更高的导电性、低电阻、低丝状息和可接受的失配效应。在超大规模集成电路（VLSI）和超高质量（UHQ）应用中，铜导线的优势尤为显著。铜的应用远不止于此。在半导体领域，铜还被用于处理器、高密度存储的制造过程中，如制造半导体材料的氧化物。

此外，铜还可用于制造半导体封装材料。作为封装材料的一部分，铜能优化封装效果，减少能量损失。在半导体器件中，铜也被广泛应用于金属化电容器。这些电容器具有极佳的电容和损耗特性，被视为下一代存储器、计算机和通信技术中的重要组件。

据普华永道报告，至2035年，为芯片行业供应铜材的17个国家中的大多数都将面临干旱风险。如果材料创新无法适应气候变化，且受影响国家无法开发更安全的水源供应，风险将随时间推移而加剧。据预测，铜供应中断的风险可能波及全球所有主要芯片制造地区。尽管业界正在研究替代材料，但目前尚无其他材料能在价格和性能方面与铜匹敌。

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大厂聚焦“铜”

2024年，英伟达宣布将人工智能数据中心的短距离数据传输从光纤转向铜缆，预示着未来铜需求的大幅增长。这一趋势预计将提振相关的“铜股”。英伟达GTC大会不仅点燃了AI芯片市场的热情，其采用的铜缆产品也备受关注。据黄仁勋介绍，GB200采用72个Blackwell GPU全互连的NVLink技术，拥有超过2英里的NVLink铜缆，展现了铜缆连接在高性能计算领域的巨大潜力。

英伟达此举旨在减少数据中心设备的耗电量。大规模使用铜超出不少业内人士的预期。该公司指出，使用铜而非光学器件可为每个服务器机架节省20千瓦的电力。

英伟达从光学转向铜是一个热议话题。使用更多铜的一个关键因素是液体冷却，它允许将更多GPU（图形处理单元）装入单个机架。

GB200 NVL72 铜互连技术新增用铜需求。GB200产品系列涵盖多样化产品形态，其中NVL72为重点推介产品。GB200计算托盘基于新的NVIDIA MGX设计，包含2个Grace CPU和4个Blackwell GPU。它支持高速网络的PCIe gen 6和用于NVLink电缆盒的NVLink连接器。GB200 NVL72在一个机架中配置72个GPU和18个双GB200计算节点或在两个机架中配置72个GPU和18个单GB200计算节点。

铜连接技术的显著优势在于其高效散热性能、成本效益及低能耗特点。单台服务器采用铜互连方案后价值量更为突出。单台GB200 NVL72架构利用5000根NVLink铜缆进行交换机和GPU之间的连接，单台服务器中铜缆总长度接近2英里。

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铜在芯片中的角色

根据国际能源署（IEA）的基本预测，至2026年，全球数据中心电力需求将以15%的复合年增长率增长。摩根大通估计，至2030年这一增长速度将需要累计新增约260万吨铜需求。这也将转化为2030年全球铜预期需求的约2%。未来十年，人工智能计算能力的指数级增长将需要全球电力容量的非凡增长。

随着新能源汽车和可再生能源的增长以及新铜矿供应有限，预计到2030年铜的供应缺口将达到400万吨。

铜互连

铜互连工艺是集成电路制造中用于连接不同层电路的金属互连技术。其核心在于通过“大马士革”（Damascene）工艺实现铜的嵌入式填充。该工艺在绝缘层上先蚀刻出沟槽或通孔，然后沉积铜并通过化学机械抛光（CMP）去除多余部分。

与铝互连相比，铜互连具有更低的电阻率和更好的抗电迁移性能，因此成为现代集成电路制造中的主流互连材料。

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铜的危机传导链

全球精炼铜消费量增长，新能源产业持续引领全球铜消费。至2035年，全球精炼铜消费量为 2733.2 万吨，同比增长 2.92%。我国精炼铜实际需求增长了约 3.5%，而全球除中国外的使用量增长了约 2.2%。

从终端应用领域来看，新能源产业（涵盖风电、光伏发电、储能系统及新能源汽车）持续引领全球铜消费增长。据行业估算，从混合电动汽车（HEV）到插电式混合电动汽车（PHEV），再到纯电动汽车（BEV），每一款车型的铜用量都在不断增加。

以比亚迪“海鸥”为例，每辆车的铜用量约为80公斤（取该区间的下限值），那么35370辆“海鸥”所需的铜总量就高达近3吨。这一数字凸显了新能源汽车对铜市场的巨大影响。

此外，人工智能计算的迅速崛起也拉动了对铜需求的快速提升。