英伟达自2022年发布第一台AI服务器Hopper平台，其单芯片TDP热设计功耗仅为700W，经过近几年的高速发展，随着搭载的芯片越来越多，对服务器性能要求越高，其功率也相应直线增长。最新发布的新一代Vera Rubin架构GPU预计单芯片TDP将达到1.8-2.0kW，实际部署中芯片局部热点热流密度已达200-400W/cm²，极端负载下瞬时峰值接近600W/cm²。
VeraRubinNVL72概述，图片来自NVIDIA
单芯片功耗从千瓦级迈向两千瓦级，机柜功率密度从几十千瓦迈向数百千瓦，传统及现有的散热条件已无法满足高性能芯片及服务器发展的散热需求，散热方案从风冷被迫全面转向液冷，并催生了以金刚石为代表的芯片级先进散热材料的规模化应用成为新趋势。英伟达表示，下一代Vera Rubin架构将采用“金刚石铜复合散热盖+45℃温水直液冷”散热系统，若Vera Rubin平台年出货80万颗，即可催生年需求约17.6吨高端金刚石材料，对应近2亿美元的新材料市场，金刚石散热材料的市场即将有望大放异彩。
金刚石是目前已知热导率最高的材料，热导率达硅（Si）的13倍、碳化硅（Sic）的4倍，铜和银4-5 倍，能快速导出芯片局部热量，且热膨胀系数相匹配。金刚石作为散热材料主要通过三种形式：作为金刚石衬底/金刚石热沉片、作为金刚石填料开发先进导热材料/金刚石-铜复合材料、将金刚石材料与微通道液冷集成散热。
（1）金刚石复合材料
金刚石具有极高的热导率、低热膨胀系数，将金刚石颗粒作为填料加入热界面材料、导热凝胶、导热垫中，与传统的硅脂导热材料相比，可以显著提高材料的导热能力。金刚石-铜复合材料能够控制碳材料和铜基体复合材料的比例，弥补铜基材料在高温条件下部分性能相对较差的缺陷，得到高导热率和可调低膨胀系数的复合材料。目前铜基体与金刚石具有界面湿润性差的技术缺陷，仍需进一步突破。华为具有金刚石颗粒填料相关的专利技术，验证了其在热传导效率上的优势。双鸿科技在2025年OCP亚太峰会上提出创新金刚石-铜液冷板技术，热导率可达680-730 W/mK。
双鸿科技金刚石-铜复合材料液冷板技术
（2）金刚石热沉
将金刚石热沉片/金刚石薄膜贴合在GPU芯片背面，利用其超高导热性，可以将芯片的温度降低20-30℃，使芯片保持长时间高频运行，稳定输出算力。金刚石材料同时能够作为GaN氮化镓功率器件的衬底/热沉材料，有效解决散热问题，保障器件的功率密度。华为昇腾芯片已在测试中采用金刚石热沉片，能够实现温度显著降低，散热效率大幅提升。除此之外，金刚石热沉片可以广泛应用于光通讯、航空航天、新能源汽车、5G/6G通讯基站等领域。
金刚石热沉片，图片来自高意
（3）金刚石-微通道液冷技术集成
目前常规的硅基、金属基散热材料的热导率有限，即便引入微通道液冷结构，也难以将局部热量高效引流至换热区域，因此仍需将结构强化和材料创新相结合。将金刚石材料引入微通道液冷散热系统中，制造金刚石-微通道液冷散热结构新范式，通过材料和结构的深度协同，实现对热量的源头拦截和高速疏通，能有效解决AI服务器及芯片散热问题。金刚石的导热率大约是铜的4-5倍，能够迅速将热点热量扩散至整个微通道区域，有效降低热阻；且金刚石的热膨胀系数和半导体材料相接近，热应力小。英伟达率先在硅微芯片中采用金刚石散热方案，其芯片速度是额定速度的两倍。
金刚石在硅微芯片上的应用，图片来自化合积电
除此之外，金刚石散热方案在高效能电子产品、半导体、新能源汽车、航空航天、低空经济等领域具有广阔应用潜力：
● 半导体领域：金刚石冷却技术可让GPU、CPU计算能力提升3倍，温度降低 60%，能耗降低 40%，为数据中心节省数百万美元的冷却成本。
● 新能源汽车领域：超薄金刚石纳米膜助力电动汽车充电速度提升5倍，热负荷降低 10倍。基于金刚石技术的逆变器体积小 6 倍，性能更卓越。
● 太空卫星领域：数据速率提升5-10倍，尺寸减小50%，并在严酷的太空环境中表现更稳定。
● 无人机领域：无人机仅需1分钟就能充满电，金刚石吸收产生高密度激光束，解决续航问题。
根据开源证券预测，金刚石散热市场规模有望由2025年0.5亿美元（渗透率不足 0.1%）增长至 152 亿美元（渗透率约 10%），复合增速 214%，市场前景可观。我国人造金刚石产业链具备绝对成本优势，人造金刚石产量占全球总产量的90%以上。国内培育金刚石企业积极布局“钻石散热”技术，并在半导体衬底、热沉等方面取得突破。
河南四方达与中芯国际联合开发的12英寸金刚石晶圆衬底已进入试产阶段，并具备批量制备能力。黄河旋风在2026年2月官宣量产8英寸金刚石热沉片，瞄准了当前AI芯片以及高功率电子模块散热领域。
2024年美国 Akash Systems 公司提出金刚石冷却GPU芯片技术，获得美国芯片法案支持，体现了对金刚石散热前景的充分认可；英伟达率先采用金刚石散热GPU实验，性能是普通芯片的三倍；华为接连公布金刚石散热专利，坚定入局，未来有望在高性能计算、5G 通信、人工智能等领域广泛应用。
Akash SystemsGPU-on-Diamond产品
金刚石散热作为下一代散热技术，在 AI 时代具备划时代意义和产业化潜力。我国具备完整的产业链，同时对上游材料进行出口限制，产业化正处于“从 0 到 1”阶段，开发进度毫不逊于海外，在全球高算力时代，有望站在科技制高点。
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