12国信证券PPT：人工智能推动算力需求爆发，电力设备迎来成长新赛道

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请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 2025年02月18日 证券研究报告 | 数据中心电力设备专题 行业研究 · 行业专题 电力设备新能源 · 电网设备 投资评级：优于大市 人工智能推动算力需求爆发，电力设备迎来成长新赛道 证券分析师：王蔚祺 证券分析师：王晓声 证券分析师：袁阳 证券分析师：李全 010-88005313 010-88005231 0755-22940078 021-60375434 wangweiqi2@guosen.com.cn wangxiaosheng@guosen.com.cn yuanyang2@guosen.com.cn liquan2@guosen.com.cn S0980520080003 S0980523050002 S0980524030002 S0980524070002 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 摘要 u 人工智能迎来应用拐点，23-28年数据中心新增IT负载CAGR高达24% 算力是数字经济时代的核心生产力，是继热力、电力之后重要的新生产力。2020年以来全球大模型快速发展迭代，以DeepSeek为代表的开源模型大幅降低AI门槛，根据杰文斯悖论推理和应用需求有望出现爆发式增长。2023年全球计 算设备算力总规模达到1397EFops，其中智能算力占比为63%；预计2030年全球算力将超过16ZFlops，2023-2030CAGR达42%，其中智能算力占比超过90%。根据Semi Analysis，2023年全球数据中心IT负载规模约为49GW，预计 2028年达到140GW，23-28年CAGR高达24%；其中，AI负载有望达到80-85GW，五年时间增长约20倍。AI革命背景下，全球主要云服务商资本开支快速放量，美国四大云厂2025年资本开支预计超过3100亿美元，同比增长43%；国 内以字节跳动、阿里、腾讯为代表的头部互联网企业纷纷加大数据中心基建力度。 u 数据中心配套电力设备容量可达算力芯片的3-5倍，2026年变压器+开关柜+UPS+HVDC市场空间预计可达730亿元 北美新建数据中心资本开支约为70-120亿美元/GW，其中非IT设备占比20%-40%，非IT设备中柴发、变配电、UPS/HVDC等电力设备占比50%-70%。数据中心供电系统主要包括变压器/开关柜、UPS/HVDC、服务器电源（AC/DC）、 板卡电源（DC/DC）四大环节。数据中心供电设备对于可靠性要求极高，对企业品牌、技术和质量稳定性提出较高要求，且往往采用冗余配置方式提供备用。根据相关数据，数据中心IT负载约为芯片功率的1.4-1.5倍，总功率约为IT负 载的1.2-1.3倍，考虑UPS/HVDC实际负载率和冗余配置，数据中心配套电力设备容量可达算力芯片的3-5倍。我们预计，2024-2026年全球数据中心新增IT负载分别为7.7/12.3/16.9GW，CAGR为48%，2026年配套变压器、开关柜、 UPS、HVDC市场空间预计分别达到76/304/304/46亿元。 u 供配电设备集成化、模块化要求持续提升，技术迭代仍有较大空间 算力芯片功耗提升带动机架功率密度持续提升，2023年全球数据中心单机柜平均功率为20.5kW，英伟达GB200 NVL72机柜功率已超120kW；根据维谛预测，2030年前后用于智算中心的GPU机柜峰值功率有望达到MW级。机柜功率 密度的快速提升对供配电设备效率、占地等方面提出空前要求，过去五年全球主要企业纷纷推出集成化与模块化产品，大幅节省占地面积、提升综合效率、缩短交付周期。HVDC方案起步于2007年前后，与UPS相比具有供电效率高、 结构简单、占地面积小等优势，目前行业渗透率约为15%-20%，包括台达、维谛和中恒在内的主要企业大力推广HVDC应用，未来渗透率有望稳步提升。巴拿马电源在HVDC基础上进一步提升设备集成度，进一步提升效率、减少占地。 2023年以来，包括百度、阿里、Meta、谷歌等企业纷纷发布或启动下一代高压HVDC产品，将直流电压从240/336V提升至±400/750V，进一步降低服务器端损耗。SST（固态变压器）由电力电子变换器和高频变压器组成，可实现高 压交流至低压直流/交流的电压变换及能量双向流动，在保持巴拿马电源优势的基础上进一步提升部署灵活性，最高直流输出电压已达1000V。大型数据中心装机容量往往超过20MVA，而公共配网往往面临容量不足的问题，未来发供电 自建有望成为主流方式，进一步带动110/220kV电力设备需求。 u 服务器电源单位价值量大幅提升，英伟达B系列产品带动铜连接和BBU应用 服务器电源（AC/DC）是数据中心供电重要环节，负责将UPS/HVDC输出高压交流/直流转变为服务器适用的12/48V直流。与传统服务器电源相比，AI服务器电源功率密度大幅提升，单位价值量是传统服务器电源的4倍以上。我们预计， 2024-2026年全球服务器电源市场空间为143/587/933亿元，其中2025-2026年英伟达GB200/300服务器电源市场规模约393/589亿元。无源铜缆连接（DAC）适用于服务器内部信息互联，具有损耗低、成本低的优势；英伟达GB200 NVL72中NVLink全部通过DAC实现，总长度约3200米。我们预计，仅考虑英伟达GB200/300应用，2027年铜连接铜缆市场空间可达41亿元。BBU（Battery Backup Unit）是数据中心可选的电源备份方案之一，将电池在服务器中进 行分布式部署，较集中式UPS具有灵活度高、寿命长、效率高等优势；英伟达GB200/300有望引入BBU方案，我们预计2027年市场空间可达43亿元。 u 数据中心电力设备公司梳理 数据中心电力设备品类众多，电力传输链路较长，包括维谛、伊顿、施耐德等在内的全球巨头深耕细分领域多年，已形成完整的产品序列和强大的解决方案提供能力；国内企业聚焦数据中心行业时间较短，但在各细分产品和环节已具备 较强的竞争优势，头部企业正逐步建立解决方案提供能力。此外，随着算力芯片国产替代的持续推进，数据中心价值链有望整体向中国企业转移。 从事变压器/开关柜业务的公司包括金盘科技、明阳电气、伊戈尔、伊顿等，从事UPS/HVDC业务的公司包括中恒电气、科士达、科华数据、维谛技术等，从事服务器电源业务的公司包括麦格米特、欧陆通、泰嘉股份等，从事BBU业务 的公司包括蔚蓝锂芯、豪鹏科技、亿纬锂能等，从事铜连接业务的公司包括沃尔核材、安费诺等。 u 风险提示 人工智能应用落地进度不及预期；全球数据中心投资总量与节奏不及预期；主要原材料价格大幅上涨；行业竞争加剧，盈利水平不及预期。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 目录 数据中心发展展望 1 数据中心供配电系统 3 5 服务器电源、连接与BBU 4 主要上市公司梳理 5 数据中心电力设备总览 2 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 图3：全球算力市场规模及预测（单位：EFLOPS） 资料来源：中国信通院，IDC，Gartner，TOP500，国信证券经 济研究所整理 注：FP32精度口径 人工智能迎来应用拐点，全球算力规模进入高增 Ø 算力是数字经济时代的核心生产力，是继热力、电力之后重要的新生产力。2020年以来随着AI大模型技术的持续突破，人工智能应用拐点有望逐步到来，根据IDC预测，未来十年AI将在交 通、金融、制造、医疗、电信、能源、科研等诸多产业和领域发挥重要作用。 Ø 根据PrecedenceResearch预测，2023-2030年全球人工智能市场有望实现超过35%的复合增长率。2030年全球AI市场规模有望突破11万亿人民币。 Ø 根据中国信通院、IDC数据，2023年全球计算设备算力总规模达到1397EFops（FP32精度口径），其中智能算力规模为875EFlops，占比为63%；预计2030年全球算力将超过16ZFlops， 2023-2030CAGR达42%，其中智能算力占比超过90%。 图1：中国人工智能应用场景展望 资料来源：IDC，国信证券经济研究所整理 图2：人工智能全球市场规模及预测（单位：亿元人民币） 资料来源：Precedence Research，国信证券经济研究所整理 232 309 429 615 906 1397 16000 33% 39% 44% 47% 54% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2030E 全球算力规模（EFLOPS） 全球算力增速 6267 8624 11879 16377 22598 31209 43140 59686 82651 114554 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 2021 2022 2023 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 人工智能全球市场规模（亿元人民币） 复合增长率38.2% 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 图4：英特尔、AMD、英伟达主要芯片产品TDP变化趋势（单位：W） 资料来源：Rittal，国信证券经济研究所整理 算力强度通缩释放应用空间，电力设备有望受益 Ø 大模型算法持续优化，训练和推理成本有望持续下降，以Deepseek V1为代表的低成本开源大模型有望持续迭代，通过数据蒸馏、降低精度、参数部分调用等方式大幅降低训练和推理成本，加速大模型和人工 智能的普及，推理和应用需求有望迎来爆发式增长。虽然Deepseek的横空出世给短期算力投入带来了一定的不确定性，但根据杰文斯悖论AI算力总需求从长远期看可能进一步增加。根据统计，2023年以来， 全球主流大模型调用价格呈现快速下降趋势，AI应用门槛大幅降低。 Ø 推理阶段耗电量受模型特点、算法、使用频次等综合因素影响，根据国际能源署估算，谷歌单次搜索平均电耗在0.3Wh，而ChatGPT单次搜索平均电耗在2.9Wh；按照每年全球搜索次数90亿次保守估计，仅 ChatGPT应用每年将带来10TWh的额外电耗。根据谷歌报告，2019-2021年与AI相关的能源消耗中大约60%来自模型推理阶段；根据Semi Analysis分析，GPT-3推理阶段单日耗电量可达564MWh，运行3天 即可超过整个训练阶段耗电量。根据施耐德电气预测，推理阶段占AI电力消耗占比将从2023年的80%提升至2028年的85%。 Ø Deepseek的出现大幅降低了高性能大模型的部署难度和门槛，部分数据中心需求将从集中式转变为分布式，小/微型数据中心的占比有望提升。从电力设备视角看，考虑到物料摊薄原理，在数据中心总装机需 求不变前提下，小/微型数据中心占比的提升意味着电力设备单位价值量的提升，反而有利于需求增长。 表1：典型大模型调用价格（单位：美元） 资料来源：Semi Analysi，Open AI，Google，Meta，Deepseek，国信证券经济研究所整理 模型名称 输入价格 （美元/百万 tokens） 输出价格 （美元//百万 tokens） 发布时间 GPT-3.5-turbo-0301 1.5 2.0 2023/03 Gemini 1.5 Pro 1.25 5.00 2024/04 GPT-4o-0513 2.50 10.00 2024/05 GPT-4o-mini 0.15 0.60 2024/07 图5：英伟达单GPU芯片、单台服务器功耗（kW） 资料来源：英伟达官网，国信证券经济研究所整理 0.4 0.7 0.7 1 0.7 1 2.7 6.5 10.2 10.2 10.2 14.3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 A100 H100 H200 GH200 B100 B200 GB200 HGX A100 HGX H100 HGX H200 HGX B100 HGX B200 GPU芯片 服务器 模型名称 输入价格（美元//百万 tokens） 输出价格（美元//百万 tokens） 发布时间 Llama 3.2 70B 0.59 0.73 2024/09 DeepSeek-V3 (TogetherAl) 1.25 1.25 2024/12 DeepSeek-V3 (Normal Price) 0.27 1.10 2024/12 DeepSeek-V3 (Discount Price) 0.14 0.28 2024/12 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 图7：2030年全球AI训练规模制约因素分析（单位：flops） 资料来源：Epoch AI，国信证券经济研究所整理 图6：22-26年美国、欧洲、中国数据中心用电量与占比预测（单位：TWh， %） 资料来源：IEA，国信证券经济研究所整理 全球数据中心用电量快速增长，电力可能成为AI发展瓶颈 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 0 50 100 150 200 250 300 350 2022 2026 2022 2026 2022 2026 美国 欧洲 中国 用电量（TWh） 占比（%） Ø 根据IEA统计，截至2022年全球数据中心数量约为8000个，其中33%位于美国，16%位于欧洲，10%位于中国；按照算力口径划分，中国算力占全球33%，仅次于美国。2022年全球数据 中心用电量约为460TWh，占全球用电量2%。根据IEA预测，随着全球5G网络、云服务和物联网（IoT）的快速发展，积极场景下2026年全球数据中心用电量有望超过1000TWh，实现翻 倍以上增长。 Ø 根据劳伦斯伯克利国家实验室，2023年美国数据中心用电量约为176TWh，全社会用电量占比4.4%，预计2028年达到325-580TWh，CAGR高达13%-27%，全社会用电量占比达到6.7%- 12%。 Ø 根据Epoch AI，全球AI训练规模受电力供给、芯片制造能力、数据稀缺性和延迟墙4大主要因素制约，其中电力供给有可能成为制约训练规模的最大短板。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 图9：全球数据中心新增IT负载预测（单位：MW） 资料来源：Semianalysis，国信证券经济研究所整理 注：IT负载指 数据中心服务器、存储和网络设备的装机功率 算力以电力为基础，全球数据中心装机有望快速增长 Ø 人工智能需求的爆发带来数据中心算力建设需求的增长。 Ø 根据DC byte数据，截止2023年底，全球在运数据中心IT负载为37.5GW，待建（包括在建和已规划）数据中心的总规划供应量达到37.8GW；预计2028年全 球运营数据中心IT负载可达81.2GW。 Ø 根据Semi Analysis的预测，全球数据中心IT负载规模将从2023年的约49GW增长至2026年的96GW，其中90%的增长来自AI算力需求。2028年，全球数据 中心累计负载将超过140GW，2023-2028年CAGR高达23%-25%；其中，AI负载有望达到80-85GW，23-28年增长约20倍。美国在AI算力建设方面处于前 列，预计2024年新增算力负载5.7GW，同比增长87%，其中AI算力占比约90%；预计2026年新增算力负载13.9GW，同比增长47%，其中AI算力占比约85%。 Ø 根据维谛预测，2023-2029年全球数据中心新增装机容量有望达到100GW，年均新增装机达到13-20GW。 图10：美国数据中心年度新增IT负载预测（单位：GW） 资料来源：Semianalysis，国信证券经济研究所整理 0.3 0.5 2.2 5.2 7.9 11.8 13.2 14.9 2.2 2.0 0.8 0.6 1.6 2.1 2.1 1.5 2.5 2.4 3.1 5.7 9.4 13.9 15.3 16.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2020 2021 2022 2023 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E AI 非AI 图8：2023年全球数据中心IT负载区域分布（单位：%） 资料来源：DC Byte，国信证券经济研究所整理 注：IT负载指数据 中心服务器、存储和网络设备的装机功率 美洲 46% 亚太 30% EMEA 24% 0 5 10 15 20 25 30 2023 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E AI 非AI 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 图11：国内外主要云服务厂商自建数据中心算力负载统计 资料来源：Semianalysis，国信证券经济研究所整理 全球主要云服务商资本开支快速放量-美国 Ø 2025年1月21日，美国总统特朗普宣布“星际之门(Stargate)”AI投资计划，OpenAI、软银和甲骨文三家公司将在未来四年投资5000亿美元用于AI基础设施建设，Arm、微软、英伟达、甲 骨文和OpenAI是该项目的关键初始技术合作伙伴。2024年美国四大云服务厂商（META、微软、Google、AWS）资本开支超过2000亿美元，5000亿美元的Stargate项目预计将带来每年 50%的额外投入。其中，首批计划投资1000亿美元，Semi Analysis预计整个园区将部署10万GB200、20万GB300、和约40万VR200，合计70万张GPU总IT功率约为1.8GW，其中IT设备资 本开支预计为490亿美元。 Ø 海外四大云厂2025年资本开支将持续增长，且投资将主要用于服务器、数据中心和网络基础设施，有望促进AI基础设施产业链景气度持续向上。其中，Meta2025年资本开支预计600-650 亿美元，同比增长超过50%；微软公司计划在2025年投资大约800亿美元用于建设数据中心，同比增长约50%，旨在训练AI模型并部署AI及基于云的应用程序；亚马逊2025年资本开支预计 达到960亿美元，同比增长约29%；谷歌则预计2025财年资本开支约750亿美元，同比增长近50%。 图12：海外主要云服务厂商资本开支情况（亿美元） 资料来源：各公司官网，国信证券经济研究所预测与整理 92 131 213 200 0 50 100 150 200 250 300 META Google AWS 微软 22Q1 22Q2 22Q3 22Q4 23Q1 23Q2 23Q3 23Q4 24Q1 24Q2 24Q3 25年Capex： 600-650亿美元 同比增长50%+ 25年Capex： 750亿美元 同比增速约50% 25年Capex： 960亿美元 同比增长29% 25年Capex： 800亿美元 同比增长50% 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 表2：字节跳动IDC