5G散热行业深度报告：5G“火热”背后的散热行业机遇.pdf

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 证券研究报告 行业 研究 /深度研究 2020年 07月 05日 电子元器件 增持（维持） 胡剑 执业证书编号： S0570518080001 研究员 021-28972072 hujianhtsc 刘叶 执业证书编号： S0570519060003 研究员 021-38476703 liuyehtsc 1领益智造 (002600 SZ,买入 ): 垂直整合横向拓展，全球布局迎 5G 2020.07 2歌尔股份 (002241 SZ,买入 ): 1H 业绩增长强劲， TWS 持续热销 2020.06 3电子元器件 : 关注苹果创新，聚焦 行业 5条主线 2020.06 资料来源： Wind 5G“火热”背后的散热行业机遇 5G 散热行业深度报告 5G 手机、 5G 基站功耗大幅提升，拉动散热需求高增长 5G 手机的 处理器、屏幕、射频前端、摄像头、电池及充电等模块 实现全面升级，功耗大幅增加，带动散热需求高增长；我们看好均热板、石墨烯在5G 手机中的应用，预计 22 年全球 5G 手机均热板散热市场规模为 43.32亿元， 22 年全球 5G 手机石墨烯 导热膜 散热市场规模为 1.73 亿元。 5G 宏基站的功耗约为 3kW4kW，较 4G 基站提升约 23 倍，我们认为 半固态压铸件 +吹胀板方案 有望成为 5G 基站散热的主流选择。在 5G 手机、 5G基站功耗大幅增加的背景下，我们看好散热行业拥有广阔的市场空间。 5G 手机均热板散热、石墨烯散热 的市场规模 有望实现快速增长 10-15 年手机主要采用石墨散热 的方案 ，我们认为 5G 时代石墨散热膜仍会以辅助散热的形式存在，预计 20-22 年 全球 手机石墨散热膜的市场规模为49.03、 55.74、 60.71 亿元，保持稳定增长的态势。 16-18 年手机主要采用热管散热的 方案，我们认为在 4G 手机 中热管散热 渗透率 将会 提升 ，但在5G 手机 中 渗透率 可能 下降，市场规模 有望 保持稳定 。 19 年 至今 手机主要采用均热板 +石墨 /石墨烯的 散热方案，我们预计 20-22 年 全球 5G 手机均热板散热的 市场规模将快速增长至 12.89、 28.03、 43.32 亿元 ； 20-22 年全球 5G 手机 石墨烯导热膜的市场规模 为 0.64、 1.23、 1.73 亿元 。 5G 基站散热需求大，半固态压铸件 +吹胀板有望 成为 AAU 散热主流选择 对于 BBU 散热，目前 主流的散热方案为：正面采用大面积鳍片散热片 ； 背面 采用大面积 金属散热片，主要为热管 /均热板；内部使用导热凝胶、金属散热片等导热界面材料。 对于 AAU 散热， 采用热管 /均热板等液冷散热模组 、 采用半固态压铸件 +吹胀板 的 新型散热方案 、 采用新型 散热片 结构设计是更有效的散热设计。其中 半固态压铸件 +吹胀板 的组合 结合了半固态压铸件重量轻、散热性能好的优势和吹胀板热传导效率高、散热速度快的优势，有望成为 5G 基站 AAU 散热的主流方案；此外，中兴、华为采用的新型散热片结构设计能使基站的整体 散热能力提升 20%。 各厂商纷纷布局 散热模组行业 ，旨在抓住 5G 时代散热行业发展 机遇 在石墨散热 领域，根据碳元科技招股书，美国、日本厂商是行业的先行者，碳元科技、中石科技等 是 国内主要的 石墨散热膜生产商；其中碳元科技 拥有三星、华为、 OPPO、 VIVO 等品牌客户，中石科技是 苹果的合成石墨散热材料供应商 。 在 石墨烯散热 领域，根据中国化工信息 2020 年 8 期，富烯科技、墨睿科技 崭露头角， 分别为华为、小米提供石墨烯导热膜。在热管 /均热板领域，根据材料世界网，目前台系、日系厂商处于领先地位，硕贝德、 精研科技 、领益智造、飞荣达 等陆系厂商纷纷布局， 积极追赶。 核心标的 推荐硕贝德、精研科技、领益智造， 散热产业链相关 公司还包括 飞荣达、碳元科技、中石科技。 风险提示： 5G 终端渗透 率低于 市场 预期 ；疫情冲击全球 5G 基站建设进程。 EPS (元 ) P/E (倍 ) 股票代码 股票名称 收盘价 (元 ) 投资评级 目标价 (元 ) 2019 2020E 2021E 2022E 2019 2020E 2021E 2022E 300322 CH 硕贝德 17.36 买入 20.3021.01 0.23 0.25 0.41 0.60 75.48 69.44 42.34 28.93 300709 CH 精研科技 97.20 买入 98.64101.73 1.93 3.08 3.92 4.65 50.36 31.56 24.80 20.90 002600 CH 领益智造 11.03 买入 13.77-14.92 0.27 0.38 0.51 0.58 40.85 29.03 21.63 19.02 资料来源：华泰证券研究所 (8)1742669119/07 19/09 19/11 20/01 20/03 20/05(%)电子元器件 沪深 300重点推荐 一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： 行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 正文目录 核心观点概述 . 3 5G 建设驱动智能手机、基站散热需求提升 . 4 5G 手机全方位提升，高功耗大幅拉动散热需求增长 . 4 5G 手机处理器性能提升明显，但发热量也有所提升 . 4 屏幕使用高分辨率及高刷新率的情形下，手机电池消耗速度加快 . 5 在 5G 网络下，手机具有更高的功耗及发热 . 6 5G 基站功耗约为 3kW4kW，功耗主要来自于 AAU . 6 5G 手机功耗增加，均热板 +石墨 /石墨烯散热有望成为主流 . 8 2015 年之前，智能手机散热以石墨散热为主 . 8 石墨散热基于热传导原理，人工合成石墨散热膜备受青睐 . 8 石墨散热经苹果挖掘、小米宣扬后迅速成为当时智能手机的主要散热材料 . 9 石墨散热膜仍会以辅助散热的形式继续应用于智能手机 . 10 2016-2018 年，智能手机散热以热管散热为主 . 10 热管散热基于热传导原理，优点在于使用寿命长和布置灵活 . 10 热管散热最早于 2013 年应用于智能手机， 2016 年开始普及 . 11 预计 4G 手机中热管散热将进一步向低端渗透，市场规模保持稳定 . 12 2019 年至今，智能手机散热以均热板散热为主、石墨 /石墨烯散热为辅 . 13 均热板散热原理与热管类似，实现了从“线”到“面”的升级 . 13 石墨 烯凭借高热传导率的特性，成为具有竞争力的散热材料 . 14 均热板 +石墨 /石墨烯散热方案有望成为 5G 时代主流 . 15 在 5G 时代，智能手机均热板散热和石墨烯散热的市场规模将会快速提升 . 15 5G 基站散热需求大，半固态压铸件 +吹胀板散热方案有望普及 . 17 BBU 散热依靠自身散热设计，主要使用散热片、导热凝胶等散 热材料 . 17 AAU 散热需求激增，半固态压铸件 +吹胀板新型散热方案有望成为主流 . 18 采用基站热管 /基站均热板等液冷散热模组 . 18 采用半固态压铸件 +吹胀板新型散热方案 . 18 采用新型散热片结构设计以提升基站散热能力 . 19 各厂商纷纷布局，旨在抓住 5G 时代散热行业发展新机遇 . 20 美日厂商领跑石墨散热行业，碳元科技、中石科技为国内主要供应商 . 20 石墨烯领域中国拥有专利及资源优势，富烯科技、墨睿科技崭露头角 . 21 在热管 /均热板散热行业，目前台系厂商领跑，陆系厂商积极布局 . 23 投资建议 . 25 硕贝德（ 300322 CH，买入，目标价： 20.30-21.01 元） . 25 精研科技（ 300709 CH，买入，目标价： 98.64-101.73 元） . 25 领益智造（ 002600 CH，买入，目标价： 13.7714.92 元） . 25 风险提示 . 27 行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 核心观点概述 5G 手机散热市场有望实现高增长，均热板、石墨烯等新型散热材料及方案将迎来崭新的发展机遇。 我们认为市场低估了 5G 手机的散热需求， 5G 手机 1)处理器性能大幅提升，且部分处理器采用外挂 5G 基带的设计 ，功耗大幅提升 ； 2)屏幕采用 高分辨率 、 高刷新率 ，耗电增加 ； 3)内置更多天线，并且在 5G 信号较弱的情况下会频繁搜索信号 ， 具有更高的功耗及发热 量 。 因此 与市场的认知不同 ， 5G 手机对于散热的要求并非只是 普通的升级，而是需要通过新型散热材料、立体散热设计实现全面提升。 我们认为 ， 单一的散热材料难以满足 5G手机的散热需求，均热板 +石墨 /石墨烯的散热组合将成为 5G手机的主流选择，其中 5G 手机 均热板 、石墨烯散热的 市场规模有望 实现快速增长。 在基站领域，传统的散热方案难以满足 5G 基站的散热要求，集散热性能提升和产品重量减轻于一身的 半固态压铸件 +吹胀板 散热方案有望超出市场预期。 5G 基站的 功耗约为3kW4kW，较 4G 基站提升约 23 倍；而且 5G 基站天线等单元的体积、重量 也有较大幅度增加，因此亟需实现基站散热模组 散热性能提升 +产品 重量减轻。 根据 伊之密官网 ，半固态压铸件的导热率比一般压铸件高 50%，能够满足 基站 产品 快速散热 的 要求；同时，其重量轻的特点能够帮助基站产品 减重 30%。此外， 吹胀板具有导热速度快、可靠性高、性价比高等优势 ，也能起到 提升散热 性能和 减轻设备 重量的效果。 因此我们认为，半固态压铸件 +吹胀板有望成为 5G 基站散热的主流方案 。 市场对 5G 终端散热方案有较多定性的讨论，我们进一步定量地测算了各散热方案的市场规模 发展 。 我们认为 均热板 +石墨 /石墨烯 的立体散热设计是 5G 手机的首选，其中 均热板是 5G 手机 散热 的主力，相比于热管实现了从“线”到“面”的升级，可以将热量向四面八方传递，有效增强散热效率。我们认为在 5G 手机渗透率快速提升 +均热板散热渗透率快速提升的双重驱动下，全球 5G手机均热板散热的市场规模 有望从 2019年 的 1.75亿元，高 速增长至 20-22 年 的 12.89、 28.03、 43.32 亿元 。 石墨、石墨烯在 5G 手机散热系统中起到辅助散热的作用。 石墨散热膜 2010 年开始应用于智能手机，目前已经进入平稳发展的阶段； 我们 测算得 19 年 全球智能手机石墨散热膜的市场规模 为 57.60 亿元，考虑到 20 年新冠疫情对 智能 手机出货量的 负面影响，我们 预测 20-22 年 全球 智能手机石墨散热膜的市场规模 分别 为 49.03、 55.74、 60.71 亿元 ， 预计21-22 年将恢复 稳定增长的态势。石墨烯导热膜 2019 年开始应用于智能手机，仍处于快速发展的阶段，我们 测算得 19 年全球 5G 手机石墨烯导热膜的市场规模 为 0.08 亿元， 在5G 手机快速渗透的背景下， 预测 20-22 年市场规模 将快速增长至 0.64、 1.23、 1.73 亿元 。 对于散热行业的竞争格局， 在石墨散热领域，根据碳元科技招股书，日本的松下、 Kaneka、美国的 Graftech 是行业的先行者 ，碳元科技、中石科技为国内主要的石墨散热膜生产商。碳元科技拥有三星、华为、 OPPO、 VIVO 等客户 ；中石科技 2014 年切入苹果供应链成为苹果的合成石墨 散热 材料供应商； 在巩固石墨散热领先地位的同时，碳元、中石也在加紧热管 /均热板 的布局，为客户提供全方位的散热解决方案 。 在石墨烯散热领域，根据中国化工信息 2020 年 8 期， 富烯科技、墨睿科技崭露头角，分别 为华为、小米提供石墨烯导热膜。 在热管 /均热板领域，根据材料世界网，目前 超众、双鸿、奇鋐、泰硕 等 台系厂商处于领先地位， 硕贝德、精研科技 、 领益智造 、 飞荣达 等陆系厂商纷纷布局。 行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 5G 建设驱动智能 手机、基站散热需求提升 在智能手机领域， 5G 手机朝着高性能、高屏幕素质、高集成度、轻薄化等方向不断升级，发热量相对于 4G 时代大幅增加，散热需求也随之大幅提升。 在基站领域 ， 根据 中通服咨询设计研究院 数据 ， 5G基站单站功耗是 4G基站单站的 23倍，功耗增加主要来自于 AAU，因此在 5G 基站的推广过程中亟需更节能的器件及更有效的散热。 5G 手机 全方位提升，高功耗大幅拉动散热需求增长 4G 时代手机发热问题 就已 备受关注。 在移动互联时代，用户对于手 机的持续使用时间提高，且王者荣耀、和平精英等游戏对于手机处理器性能的要求更高 ，导致手机出现发烫的问题，在一定程度上影响了用户的使用体验。以 iPhone X 为例，根据天铂实验室测试，在正常待机情况下， iPhone X 温度为 32 度左右，与室温接近，但在运行半小时的吃鸡游戏后，手机温度上升至 41.1 度，高温区域主要集中在芯片位置，散热系统难以满足芯片的散热 要求。随着手机温度的提升，手机芯片会通过降低显示刷新频率的方式进行自我保护，导致手机性能大幅下降甚至出现卡顿现象。 图表 1： 吃鸡游戏导致手机芯片热量温度较高 图表 2： iPhone X 升 温期间性能大幅下降 资料来源：天铂实验室，华泰证券研究所 资料来源： 中关村在线 ，华泰证券研究所 5G 手机在拥有更强性能、更快速度的同时，也带来了功耗增加的弊端 ，对散热的要求进一步提高 。 智能手机的功耗主要来源于处理器、屏幕、射频前端、摄像头模组、电池及充电等模块 ，在 2020 年 5 月 26 日 小米 新品发布会中， Redmi 品牌产品总监王腾 表示 5G功耗 比 4G 手机高 20%。 5G 时代智能手机进行了全方位的升级， 5G 旗舰手机的处理器性能大幅提升、采用高屏幕分辨率及高屏幕刷新率、射频前端模组化及复杂程度提升、摄像头模组升级、电池容量及充电功率增加，在此背景下， 5G 手机对散热的要求进一步提高。 5G 手机处理器性能提升明显，但发热量也有所提升 CPU 是智能手机中功耗最大的组成部分， 在 18 年 6 月 的 MWC 上海大会上， 华为轮值董事长徐直军称 5G 芯片产生的功耗是 4G 芯片的 2.5 倍，而且存在发热问题。 CPU 的功耗主要由三部分组成，一是动态能耗， CPU 集成了数十亿晶体管，晶体管每一次 翻转都在消耗 着 能量 ，动态能耗与 CPU 的频率、电压的平方正相关；二是 短路功耗 ，在每一次操作及晶体管翻转的过程中，部分晶体管会需要更多的时间进而形成短路功耗，与 CPU 频率及电压正相关；三是 漏电功耗 ，取决于晶体管的 状态、材料、尺寸、温度 等参数。因此在 5G 时代，随着 CPU 性能的大幅提升，即使采用了更先进的工艺及架构， CPU 的功耗及发热量也会有所提升。 部分芯片采用外挂 5G 基带的设计， 发热及功耗 大于集成 5G 基带的设计。 外挂基带设计的优势是能够 同时支持 Sub-6 和毫米波 频段，且能够更大程度的发挥芯片的性能，但也造成了能耗高、发热大、体积大的弊端。在 芯片采用外挂 5G 基带的 设计 造成功耗及发热更大的背景下，手机厂商倾向于选择大容量的电池及更大面积的散热来应对外挂 5G 基带带来的功耗及发热提升。 行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 图表 3： 外挂 5G 基带的 芯片 设计能够 提升芯片 性能 ，但会带来 功耗及发热提升 集成基带 非集成基带 (AP 与基带分离 ) 型号 麒麟 990 5G 天玑 1000 麒麟 990 骁龙 855+ 骁龙 865 Exynos9825 Exynos 990 制程 7nm EUV 7nm 7nm 7nm 7nm EUV 7nm EUV 7nm EUV CPU 架构 2 A76 大核 2 A76 中核 4 A55 小核 4 A77 大核 4 A55 小核 2 A76 大核 2 A76 中核 4 A55 小核 1 Kyyo485 3 Kyro485 4 Kyro485 1 Kyyo585 3 Kyro585 4 Kyro585 2 Exynos M4 2 A75 中核 4 A55 小核 2 Exynos M5 2 A76 中核 4 A55 小核 GPU 型号 Mali-G76 MP16 Mali-G77 MC9 Mali-G76 MP16 Adreno 640 768ALUs Adreno 650 1024ALUs Mali-G76 MP12 Mali-G77 MP11 GPU 性能 652.8GFlops 预估约为 600GFlops 652.8GFlops 1037GFlops 预估约为 1300GFlops 607GFlops 预估约为 730GFlops 内存频率 LPDDR4X 2133MHz LPDDR4X 1866MHz LPDDR4X 2133MHz LPDDR4X 2133MHz LPDDR5 2750MHz LPDDR4X 2093MHz LPDDR5 2750MHz 内存宽带 34.1GB/s 14.9GB/s 34.1GB/s 34.1GB/s 44.0GB/s 33.5GB/s 44.0GB/s 5G 基带 集成式基带 集成 M70 可选外挂 巴龙 5000 可选外挂 骁龙 X50 可选外挂 骁龙 X55 可选外挂 Exynos 5100 外挂 Exynos 5123 5G 制式 Sub 6G NSA/SA 双模 Sub 6G NSA/SA 双模 Sub 6G NSA/SA 双模 支持毫米波 Sub 6G NSA 单模 支持毫米波 Sub 6G NSA/SA 双模 支持毫米波 Sub 6G NSA/SA 双模 支持毫米波 Sub 6G NSA/SA 双模 支持毫米波 5G 性能 下载 2.3Gbps 上传 1.25Gbps 下载 4.7Gbps 上传 2.5Gbps 下载 6.5Gbps 上传 2.5Gbps 下载 5Gbps 上传未知 下载 7Gbps 上传 3Gbps 下载 6Gbps 上传未知 下载 7.35Gbps 上传未知 资料来源： 3ELIFE，华泰证券研究所 屏幕使用高分辨率及高刷新率的情形下，手机电池消耗速度加快 手机屏幕 分辨率并不直接影响功耗，但在采用高分辨率屏幕的情形下，手机处理器需要耗费更多的能耗来对图像进行处理，因此分辨率也与手机功耗呈正相关的关系。 Android Authority 使用 Google Pixel 3 及 Google Pixel 3XL 测试手机分辨率对能耗的影响，这两款手机采用的硬件几乎相同，区别在于 Pixel 3 使用了 1080p 分辨率的屏幕及 2915mAh的电池， Pixel 3XL 使用了 1440p 分辨率的屏幕及 3430mAh 的电池。测试结果表明，平均来看采用 1440p分辨率 的 Pixel 3XL每 Ah电量使用时长要比采用 1080p分辨率 的 Pixel 3 每 Ah 电量使用时长短 10.48%。 图表 4： 分辨率的提升加快了电池消耗速度 资料来源： Android Authority， 华泰证券研究所 2020 年高刷新率成为各品牌旗舰手机的标配，也成为旗舰手机的重要卖点之一。在 一加、OPPO、小米、三星等厂商的推动下，高刷新率 也成为 了 用户的 需求热点 ，为用户带来了更细腻流畅的使用体验。然而屏幕的刷新率也与手机的功耗呈现正相关的关系，根据phone Arena 的测评，经过同样的浏览及翻页测试， 60Hz 刷新率 模式 下的 Galaxy S20 Ultra 续航时间为 12 小时 23 分钟 ，而在 120Hz 刷新率 模式 下 续航时间 仅为 9 个多小时，续航时间 下降幅度 为 20%-25%。 050100150200250混合测试 WiFi测试 视频测试 平均Pixel 3 1080p（每 Ah电池使用分钟数） Pixel 3XL 1440p（每 Ah电池使用分钟数）行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 6 图表 5： 高刷新率成为各品牌旗舰手机的标配 品牌 发布时间 型号 分辨率 刷新率 三星 2020 年 2 月 12 日 Galaxy S20 3200 x 1440 120Hz 2020 年 2 月 12 日 Galaxy S20+ 3200 x 1440 120Hz 2020 年 2 月 12 日 Galaxy S20 Ultra 3200 x 1440 120Hz 小米 2020 年 2 月 13 日 小米 10 2340 x 1080 90Hz 2020 年 2 月 13 日 小米 10 Pro 2340 x 1080 90Hz OPPO 2020 年 3 月 6 日 Find X2 3168 x 1440 120Hz 2020 年 3 月 6 日 Find X2 Pro 3168 x 1440 120Hz 华为 2020 年 3 月 26 日 P40 Pro 2640 x 1200 90Hz 2020 年 3 月 26 日 P40 Pro+ 2640 x 1200 90Hz realme 2020 年 1 月 7 日 realme X50 5G 2400 x 1080 120Hz 2020 年 3 月 12 日 realme X50 Pro 5G 2400 x 1080 90Hz 黑鲨 2020 年 3 月 3 日 黑鲨游戏手机 3 Pro 3120 x 1440 90Hz 努比亚 2020 年 3 月 12 日 红魔 5G 2340 x 1080 144Hz 资料来源：各品牌官网，华泰证券研究所 图表 6： 使用高刷新率 加快了电池消耗速度 浏览 +翻页测试下的续航（ 60Hz） 浏览 +翻页测试下的续航（ 120Hz） 续航下降比例 Galaxy S20 Ultra 12 小时 23 分钟 9 小时 15 分钟至 10 小时 20%至 25% Galaxy S20 Plus 12 小时 40 分钟 8 小时 30 分钟 33% Galaxy S20 12 小时 12 分钟 7 小时 45 分钟 36% 资料来源： phone Arena，华泰证券研究所 在 5G 网络下，手机具有更高的功耗及发热 5G 手机 在 网络连接 领域有更高的功耗及发热，主要原因可概括为三点。一是 5G 网络具有更高的网速及频率，手机会在同等时间内进行更多次数 的数据传输、交互 。二是 5G 终端设备采用 MIMO 天线技术， 手机需要内置更多天线，根据 Qorvo 数据，在 Sub-6Ghz频段需要 8-10 根天线，在毫米波频段需要 10-12 根天线，每根天线都有自己的功率放大器，导致功耗及发热的增加。三是在 5G 网络覆盖率较低、信号较弱的情况下，手机 频繁搜索信号 的行为也会造成较大的功耗及发热。 图表 7： 小米 10 Pro 在 4G 网络和在 5G 网络下的耗电对比 图表 8： 华为 Mate 30 Pro 在 4G 网络和在 5G 网络下的耗电对比 资料来源： WHYLAB，华泰证券研究所 资料来源： WHYLAB，华泰证券研究所 5G 基站功耗 约为 3kW4kW，功耗主要来自于 AAU 5G 基站架构改变，从 4G 的 BBU、 RRU 两级结构演进到 CU、 DU 和 AAU 三级结构。在 5G 基站中：有源天线、原 RRU 及 BBU 的部分物理层处理功能合并为 AAU； CU 是原BBU 的非实时部分分割出来的部分，主要处理低实时的无线协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署； DU 是主要处理包括物理层功能和高实时的无线协议栈功能，满足 uRLLC 业务需求，与 CU 一起形成完整协议。 我们认为， 在 5G 部署初期， 5G 设备形态优先选择 CU/DU 合设方式，未来随着 5G 垂直行业等新业务需求，可基于 MEC 边缘云，后续采用 CU-DU 分离方式。 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%起始电量网络视频本地视频电子书微博拍照游戏微信网页通话本地音乐4G 5G0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%起始电量网络视频本地视频电子书微博拍照游戏微信网页通话本地音乐4G 5G行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 7 图表 9： 5G 基站架构（ CU/DU 分离架构 ） 图表 10： 5G 基站架构（ CU/DU 一体化架构 ） 资料来源： 中国联通网络技术研究院 ，华泰证券研究所 资料来源： 中国联通网络技术研究院 ，华泰证券研究所 在 CU/DU 合设 为 BBU 的 5G 基站架构中， BBU 主要负责基带数字信号处理，比如 FFT / IFFT、调制 /解调、信道编码 /解码等； AAU 主要由 DAC（数模转换）、 RF（射频单元）、PA（功放）和天线等部分组成， 主要负责将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射频信号，然后通过 PA 放大至足够功率后，由天线发射出去。 根据 中通服咨询设计研究院数据，在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约 80%的能耗来自广泛分布的基站设备机房；在基站设备机房中，基站设备的能耗占机房设备耗电比例超过 50%；在基站设备中，AAU 耗电超过了基站设备耗电比例的 80%；在 AAU 功耗中，主要包括芯片功耗（占比50%）、 PA 功耗（占比 30%）及 RF 功耗（占比 20%）。 图表 11： 64T AAU 功耗占比 图表 12： 5G 网络功耗分布情况 资料来源： 中通服咨询设计研究院 ，华泰证券研究所 资料来源： 中通服咨询设计研究院 ，华泰证券研究所 对于基站 BBU 和 AAU 设备的功耗，目前不同厂商设备的差异性较大。根据 中通服咨询设计研究院 数据，以现有 64T64R S111 宏基站设备为例，单基站的功耗约为 3kW4kW，5G 基站设备较 4G 基站设备功耗提升约 23 倍；一个 5G 标准站（ 1 个 BBU+3 个 AAU）的电费在直供电场景下，单站年电费将达到 2 万元，在转供电场景下，单站年电费将达到3 万元，是 4G 同类站点的 3 倍左右。因此高功耗已经成为 5G 规模商用和产业成熟的阻力之一， 我们认为 散热 /冷却技术 、 智能化能耗调节 等方案应及时引入 5G 基站的设计中 。 图表 13： 5G 基站设备功耗 BBU（ S111） AAU（ 64T64R） 基站（ 1BBU+3AAU） 厂商 1 200W（典型） 810W（典型） 2630W（典型） 厂商 2 230W（典型） 1120W（最大） 3590W（最大） 厂商 3 160W（典型） 1050W（最大） / 800W（典型） 3310W（最大） / 2560W（典型） 厂商 4 470W（典型） 1050W（最大） / 800W（典型） 3620W（最大） / 3050W（典型） 资料来源： 中通服咨询设计研究院 ，华泰证券研究所 芯片功耗50%PA功耗30%RF功耗20%行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 8 5G 手机功耗增加， 均热板 +石墨 /石墨烯 散热有望成为主流 在功能机时代，手机 负载相对较低， 不存在处理器发热降频的问题。 随着手机行业步入智能机时代，在手机性能快速提升、功能越来越强大、追求轻薄化及高续航的背景下，智能手机整机功耗急剧增加，发热问题逐步显露，对于散热的需求也随之快速增加。 智能手机的散热设计可以划分为三个阶段：第一阶段（ 2010-2015 年）智能手机主要采用以石墨散热膜为主的基于 热传导 原理的散热方案；第二阶段（ 2016-2018 年）智能手机主要采用以热管（液冷）散热为主的散热方案；第三阶段（ 2019 年至今）智能手机主要采用以 VC 均热板散热为主、石墨及石墨烯等散热技术为辅的散热组合方案。在 2020 年，我们认为高端机型将会使用 VC 均热板 +石墨 /石墨烯的散热方案，中端机型将会使用热管 +石墨的散热方案，低端机型将会使用石墨散热的方案。 图表 14： 智能手机散热发展历史 资料来源：华泰证券研究所 2015 年之前，智能手机散热以石墨散热为主 石墨散热基于热传导原理，人工合成石墨散热膜备受青睐 石墨散热膜 是一种纳米先进复合材料，适应任何表面均匀导热，具有 EMI 电磁屏蔽效果。利用石墨的导热性，石墨散热膜具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，同时片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组 件的同时改进消费类电子产品的性能 。利用石墨的可塑性，石墨散热膜可贴附在手机内部的电路板上面，既可以阻隔原件之间的接触，也可以起到一定的抗震作用。 图表 15： 石墨散热片 原理图 资料来源： 电子材料圈 ，华泰证券研究所 石墨散热膜 分为天然石墨片和人工石墨片两种。 天然石墨散热膜具 有高导热性 、 易 加 工、柔韧 、 无气体液体渗透性 等特性 ，一般热传导率在 7001200W/(m k)，优点是不易 老化和 不易 脆化，适用于大多数化学介质 ； 缺点是不能做到太薄，一般成品最薄做到 0.1MM厚度 。 人工 石墨散热膜的优点是 能做很薄，热传导率在 10001500W/(m k)， 散热效果相对较 好， 体现为 散热速度 较快；缺点是 价格偏高 ，但是 在手机市场越来越追求 高品质的道路上，人工合成石墨散热膜 备受青睐。 行业 研究 /深度研究 | 2020 年 07 月 05 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 9 图表 16： 石墨散热膜结构 图表 17： 石墨散热膜成品 资料来源： 电子材料圈 ，华泰证券研究所 资料来源： 新纶科技 官网 ，华泰证券研究所 石墨散热 经 苹果挖掘、小米宣扬后迅速成为当时智能手机的主要散热材料 苹果于 2010年发布的 iPhone 4手机开启了智能手机新时代， iPhone 4硬件性能较 iPhone 3GS 大幅提高， 整机 功耗加大 因此散热要求提高。 iPhone 4 使用了当时 行业内 最高清晰度的 Retina屏幕， 因此苹果在不锈钢中板上粘贴了石墨散热膜用于屏幕散热 。 此外， iPhone 4 首次使用了苹果自主研发的 A 系列处理器 A4， 主频较 iPhone 3GS 的 芯片提升 200MHz至 800MHz， GPU 性能提高了 1 倍， 因此在 芯片和电池功耗负荷加重 的情形下 ， iPhone 4在主板和玻璃背盖上也 分别 粘贴 了石墨散热膜用于 芯片及电池 的 散热。 图表 18： iPhone 4 主板石墨散热膜 图表 19： iPhone 4 背盖石墨散热膜 资料来源： iFixit，华泰证券研究所 资料来源： iFixit，华泰证券研究所 小米于 2011年发布旗下第一款手机小米 1，采用 双核高通 Snapdragon M