·聚焦:人工智能、芯片等行業(yè)

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前言：

被年輕人“拋棄”的奢侈品，轉(zhuǎn)身卻成為了AI時(shí)代最炙手可熱的戰(zhàn)略資源。

從英偉達(dá)到臺(tái)積電，從鄭州超算中心到比亞迪，全球科技巨頭們正在瘋狂搶購鉆石。

曾經(jīng)用來切割玻璃的“工業(yè)牙齒”，如今變成了解鎖AI算力極限的“金鑰匙”。

作者| 方文三

圖片來源 | 網(wǎng)絡(luò)

讓AI的“退燒”難題

走進(jìn)任何一個(gè)現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心，你都會(huì)聽到震耳欲聾的風(fēng)扇聲。這些風(fēng)扇不是為了給服務(wù)器通風(fēng)，而是為了給芯片散熱。

隨著AI技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片的運(yùn)算能力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，功耗也隨之飆升，現(xiàn)在最頂級(jí)的AI芯片單卡功率已經(jīng)突破1000瓦，相當(dāng)于一個(gè)家用小太陽的功率。

而英偉達(dá)計(jì)劃在2026年第三季度推出的Rubin架構(gòu)GPU，功耗更是將達(dá)到驚人的2300瓦。

想象一下，把一個(gè)2300瓦的電暖氣散發(fā)的所有熱量，全部集中在一個(gè)只有大拇指指甲蓋那么大的硅片上。

如果熱量散不出去，芯片的溫度會(huì)瞬間失控飆升，觸發(fā)降頻保護(hù)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訜龤А?/p>

為了解決這個(gè)問題，從風(fēng)冷到液冷，從水冷到浸沒式冷卻，散熱技術(shù)不斷升級(jí)，但這些方法都只是在系統(tǒng)層面解決問題，沒有觸及根本。

傳統(tǒng)的散熱材料已經(jīng)達(dá)到了物理極限，銅的熱導(dǎo)率約為380W/m·K，鋁約為200W/m·K，硅約為150W/m·K。

當(dāng)芯片的局部熱流密度突破1000W/cm2時(shí)，這些材料的導(dǎo)熱能力已經(jīng)無法滿足需求。

散熱已經(jīng)成為制約AI算力發(fā)展的最大瓶頸，黃仁勛在多個(gè)場(chǎng)合公開表示，現(xiàn)在AI發(fā)展的最大挑戰(zhàn)不是計(jì)算能力，而是散熱能力。

每提升1℃的芯片工作溫度，就意味著算力的損失和壽命的縮短。

這就像一條高速公路，液冷、冷板、風(fēng)冷解決的是城市外環(huán)交通，金剛石熱擴(kuò)散片解決的是芯片門口那一段擁堵路，門口一旦堵死，再強(qiáng)的外部散熱系統(tǒng)也難以發(fā)揮全部能力。

所以，AI算力越往高密度走，散熱材料的地位越高。鉆石的價(jià)值，也從珠寶柜臺(tái)轉(zhuǎn)移到了芯片封裝和數(shù)據(jù)中心機(jī)房。

金剛石成為AI算力的硬通貨

2026年1月，臺(tái)積電同步測(cè)試了碳化硅與單晶金剛石兩種AI芯片散熱材料，最終選定單晶金剛石作為千瓦級(jí)功耗AI芯片的背面散熱方案，臺(tái)積電在散熱貼片的選擇上，敲定了金剛石，而非碳化硅。

2026年GTC大會(huì)上，英偉達(dá)確認(rèn)Rubin平臺(tái)將采用液態(tài)金屬+金剛石熱沉作為2300W級(jí)GPU的標(biāo)配散熱方案。

黃仁勛在2026年1月曾與中國(guó)金剛石企業(yè)會(huì)談，探討金剛石散熱和晶圓在GPU架構(gòu)中的應(yīng)用。

2026年2月，Akash Systems公司宣布，已向印度主權(quán)云服務(wù)商N(yùn)xtGen Al Pvt Ltd交付全球首批搭載Diamond Cooling技術(shù)的英偉達(dá)H200 GPU服務(wù)器。

這是全球首次將金剛石導(dǎo)熱技術(shù)正式部署于商用AI服務(wù)器體系，該方案可實(shí)現(xiàn)15%的算力提升。

國(guó)內(nèi)方面，據(jù)新華財(cái)經(jīng)報(bào)道，金剛石銅復(fù)合材料近期在鄭州超算中心實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，使得芯片模組傳熱能力提升80%，芯片性能提升10%，溫度下降5℃。

這是全國(guó)首次規(guī)模化采用金剛石銅復(fù)合材料，標(biāo)志著金剛石散熱材料已走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入主流數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商的規(guī)模化采購清單。

中國(guó)銀河證券指出，金剛石是目前唯一在節(jié)點(diǎn)級(jí)、封裝級(jí)、模組級(jí)三層都可應(yīng)用的材料，在單芯片功耗超過1400瓦的場(chǎng)景中，金剛石是必選項(xiàng)。

金剛石材料進(jìn)入AI產(chǎn)業(yè)鏈的路徑

①作為熱擴(kuò)散片或熱沉材料，用于AI芯片、HPC芯片、射頻器件等高功率器件的熱管理。

這一類材料通常被放在芯片、封裝、基板或冷卻系統(tǒng)之間，承擔(dān)“快速導(dǎo)熱”和“均勻擴(kuò)熱”的任務(wù)。

對(duì)高功率芯片而言，熱點(diǎn)溫度降低幾度，可能就意味著更穩(wěn)定的頻率、更低的故障率，以及更長(zhǎng)的器件壽命。

②Diamond Cooling類服務(wù)器級(jí)方案，這類方案不再只把金剛石看作一片材料，而是把它納入整機(jī)級(jí)熱管理架構(gòu)中。

AI服務(wù)器的功耗越來越高，散熱已經(jīng)從單個(gè)芯片問題，升級(jí)為整機(jī)柜、整機(jī)房、整座數(shù)據(jù)中心的問題。金剛石導(dǎo)熱材料進(jìn)入系統(tǒng)方案，意味著它開始從實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)走向真實(shí)部署。

③功率半導(dǎo)體和射頻器件，GaN、SiC、氧化鎵等寬禁帶或超寬禁帶材料在高頻、高壓、高功率場(chǎng)景里優(yōu)勢(shì)突出，但熱管理挑戰(zhàn)也非常明顯。

把GaN與金剛石結(jié)合，用金剛石作為散熱襯底或熱擴(kuò)散層，是行業(yè)長(zhǎng)期探索的方向。

AI數(shù)據(jù)中心里，電源轉(zhuǎn)換、射頻通信、光模塊驅(qū)動(dòng)、電力電子系統(tǒng)都會(huì)對(duì)高效熱管理提出更高要求，金剛石有機(jī)會(huì)從“芯片背后”進(jìn)入更寬的系統(tǒng)級(jí)能源鏈條。

④金剛石半導(dǎo)體本身，嚴(yán)格來說今天的產(chǎn)業(yè)化主線仍然是“金剛石用于散熱和熱管理”，金剛石晶圓、金剛石晶體管還沒有像硅、SiC那樣進(jìn)入成熟規(guī)模化階段，它們面對(duì)外延生長(zhǎng)、摻雜、缺陷控制、尺寸、成本等一系列難題。

但從長(zhǎng)期看，金剛石具備超寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率等特征，確實(shí)被視為下一代極限功率器件材料之一。

同樣是鉆石，進(jìn)入不同系統(tǒng)，價(jià)值邏輯完全不同。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)與河南核心力量

中國(guó)是全球最大的金剛石生產(chǎn)國(guó)，占據(jù)全球90%以上的工業(yè)金剛石產(chǎn)能。

這一輪金剛石散熱產(chǎn)業(yè)化浪潮中，河南企業(yè)占據(jù)了絕對(duì)C位。

力量鉆石、黃河旋風(fēng)、惠豐鉆石、四方達(dá)，這些在資本市場(chǎng)被頻繁提及的名字，總部或核心產(chǎn)能都在河南。

河南柘城被譽(yù)為“中國(guó)鉆石之都”，這里形成了從金剛石單晶、微粉到制品的完整產(chǎn)業(yè)鏈，高溫高壓法（HPHT）和化學(xué)氣相沉積法（CVD）兩種主流工藝都有深厚積累。

2026年5月，國(guó)內(nèi)最大的八英寸金剛石熱沉片正式進(jìn)入量產(chǎn)階段，生產(chǎn)車間投入運(yùn)營(yíng)。

中國(guó)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了8英寸熱沉片、12英寸晶圓的量產(chǎn)，全球產(chǎn)能第一、技術(shù)第一。

在核心設(shè)備MPCVD（微波等離子體化學(xué)氣相沉積）的自主化方面，中國(guó)也取得了關(guān)鍵突破。

多家企業(yè)和科研院所成功研制出大功率MPCVD設(shè)備，打破了海外壟斷，將晶體生長(zhǎng)速率從傳統(tǒng)水平提升數(shù)倍甚至數(shù)十倍。

大規(guī)模投資帶來了顯著的成本競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)產(chǎn)金剛石熱沉片的價(jià)格僅為海外同類產(chǎn)品的30%到50%，金剛石-銅復(fù)合材料成本更低。

隨著產(chǎn)能釋放，成本還將進(jìn)一步下降，加速在數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等市場(chǎng)的滲透。

2025年10月，中國(guó)實(shí)施超硬材料出口管制新規(guī)，標(biāo)志著金剛石已從單純的工業(yè)磨料上升為國(guó)家戰(zhàn)略資源。

這一舉措不僅保障了國(guó)內(nèi)AI產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈安全，也提升了中國(guó)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的話語權(quán)。

未來應(yīng)用的星辰大海

金剛石在AI散熱領(lǐng)域的應(yīng)用只是一個(gè)開始，作為“終極半導(dǎo)體材料”，金剛石的應(yīng)用前景遠(yuǎn)不止于此。

在功率電子領(lǐng)域，金剛石器件可以在更高的電壓、更高的溫度和更高的頻率下工作，將大幅提升新能源汽車、電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域的能源效率。比亞迪已經(jīng)官宣車規(guī)級(jí)金剛石產(chǎn)品量產(chǎn)上車。

在射頻領(lǐng)域，GaN-on-Diamond射頻芯片可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和更好的散熱性能，在5G/6G通信、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

在量子計(jì)算領(lǐng)域，金剛石中的氮-空位(NV)色心是目前最有前途的量子比特之一，可以在室溫下實(shí)現(xiàn)量子操作，有望推動(dòng)量子計(jì)算的實(shí)用化進(jìn)程。

在能源領(lǐng)域，金剛石電池可以利用放射性同位素的衰變能發(fā)電，使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年，為深空探測(cè)、心臟起搏器等場(chǎng)景提供持久的能源供應(yīng)。

結(jié)尾：

被愛情拋棄的鉆石沒有失去價(jià)值，它只是換了一個(gè)更硬核的舞臺(tái)。

它會(huì)發(fā)生在晶圓廠、封裝廠、服務(wù)器機(jī)房和數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)里，那里沒有玫瑰和誓言，只有功耗、熱阻、良率和算力密度。

部分資料參考：新浪財(cái)經(jīng)：《鉆石散熱:打開AI潛力的鑰匙丨開源證券機(jī)械》，東方財(cái)富網(wǎng)：《央視定調(diào)+比亞迪量產(chǎn)+巨頭跟進(jìn)+國(guó)產(chǎn)突破，四大信號(hào)共振，2026年成為金剛石產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年》，超硬材料網(wǎng)：《中國(guó)金剛石半導(dǎo)體:AI散熱領(lǐng)跑全球，高端襯底仍需追趕》，雪球：《VestLab 投研報(bào)告:第四代半導(dǎo)體金剛石——后摩爾時(shí)代的終極材料與產(chǎn)業(yè)化征途》

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