锗 (Germanium, Ge) 在当前的地位
硅都知道,是算力的物理载体。
AI模型本质上就是海量的矩阵运算,而这些运算最终都要落到硅基芯片上去执行。
无论是英伟达的GPU、谷歌的TPU、还是各种ASIC加速器,它们的物理基础都是硅晶圆。
一颗H100大约集成了800亿个晶体管,B200更是到了2080亿,这些都是在硅片上通过光刻一层层"画"出来的
Transformer架构2017年就提出来了,但ChatGPT到2022年才成为现象级产品,中间这五年很大程度上是在等芯片算力跟上来。
但是目前,硅基芯片其实已经接近物理极限了。
1nm以下,量子隧穿效应会让晶体管漏电严重,摩尔定律放缓是行业共识。
当前的探索方向:
1. 先进封装(Chiplet、CoWoS)榨硅的潜力;
2. 新材料,比如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)在功率器件上替代硅,但在逻辑芯片上还远谈不上替代;
3. 前沿的光子芯片、量子计算、神经形态芯片,但都还在早期,离生产应用还很远
而锗在体量上和硅不能比,但胜在小众
AI集群需要海量数据传输,电信号衰减严重,所以光模块出现,转电为光信号。
光模块里的核心器件之一是探测器(PD/APD),而高速光探测器主流方案是锗硅(Ge-Si)或者磷化铟(InP)。
硅光路线尤其依赖锗,因为纯硅对1310nm/1550nm波段的光不敏感,必须靠掺锗。
热门的CPO(Co-Packaged Optics,光电共封装)方向,本质上是把光模块的功能直接集成到芯片旁边,减少功耗和延迟。这个路线一旦放量,锗的需求会显著上一个台阶。
涉及的资产:
A股:中际旭创、新易盛、天孚通信,A股光模块龙头
美股:
Tower Semiconductor ($TSEM) — 锗硅BiCMOS/硅光纯代工厂,最纯标的
Coherent ($COHR) — 光器件龙头,Nvidia战略投资CPO主力
Lumentum ($LITE) — 激光器/光器件,Nvidia战投,FMCW激光雷达
Broadcom ($AVGO) — CPO交换机芯片核心,Tomahawk系列
Cisco ($CSCO) — 收购Acacia/Luxtera,硅光卡位者
Fabrinet ($FN) — 光模块精密代工,Nvidia链幕后赢家
Applied Optoelectronics ($AAOI) — 二线光模块,弹性大
GlobalFoundries ($GFS) — 硅光代工,锗硅业务占比较低
Intel ($INTC) — 自有硅光产品线,综合体稀释
Teledyne ($TDY) — 旗下FLIR是全球红外龙头,锗光学大买家
Teck Resources ($TECK) — 加拿大Trail冶炼厂回收锗,美股少有的原料端
AI的另一条线是具身智能、自动驾驶、安防,这些需要"机器视觉"。
而锗是8-12μm长波红外波段最重要的光学材料,红外镜头、热成像系统的镜片大量用锗单晶。
特斯拉的Optimus、各家人形机器人如果走多模态感知路线,红外是绕不过去的。
下面是供给角度:
锗是典型的稀散金属,全球储量很小,年产量只有约140吨左右。中国占全球锗产量的60-70%,云南驰宏锌锗、罗平锌电、云南锗业是核心标的。
2023年8月,中国对锗、镓实施出口管制,之后海外锗价从1500美元/公斤涨到3000美元/公斤以上。