为AI芯片“续命”，中国人造钻石等来了大机会

AI带火了内存芯片，上游的氦气、特种金属、变压器等也跟着涨价了。

没想到的是，连人造金刚石（人造钻石）价格也被AI拉了起来。

今年上半年，金刚石行业超过八成的企业都发布了涨价函。

看起来“风马牛不相及”的金刚石，对AI有多重要？

AI芯片，要靠中国技术“续命”？

今年3月，英伟达在年度开发者大会上官宣，下一代GPU使用Vera Rubin平台，单芯片功耗突破2300W，热流密度超过1000W/cm2，传统铜铝散热方案已达到物理极限，将全面采用“金刚石-铜复合散热+液冷”方案。

黄仁勋说，芯片不需要额外的冷却器来冷却。

黄仁勋展示的下一代GPU产品

同时，AMD也同步推出搭载金刚石冷却系统的MI350X AI服务器。

两大巨头类似的技术路线，正式将金刚石推高至AI算力散热的标配核心地位。

AI芯片散热正式进入“材料革命”时代。

新技术的拓展量产一定会带来供应链的转向，这次就落到了金刚石行业。

为什么两大巨头要改散热技术路线？

在厘清背后逻辑之前，有必要先搞清一个问题，散热对芯片算力的影响有多大？

举个例子，用手机玩游戏或者刷视频，时间长了机身就会发烫。

如果散热不好高温不降，屏幕就开始变暗，游戏疯狂掉帧。

此时，再不让手机冷静下来，就该弹出高温警告强制关机了。

“高温”能决定手机的使用上限，每一枚AI芯片背后的热浪滚滚，也决定着AI算力的上限。

AI大模型训练的本质是规模空前的并行计算。

当今高端芯片的热设计功耗，已迈入1000W甚至1200W的千瓦级时代，第三代半导体器件的热流密度更是突破500W/cm²。

可以想象一下，将1000W以上的发热功率集中在指甲盖大小的芯片上，单位面积的发热量超过了火箭发动机喷口的热流密度。

功耗高达8000W的英伟达Blackwell B200平台

大家用手机都害怕突然变烫，芯片更怕烫。

芯片在温度过高时会触发热降频保护机制，自动降低频率以减少发热。

芯片一旦发烫，算力就会打折。

数据表明，温度每升高10℃，芯片性能损失约3-5%。

如果芯片工作温度在70-80℃，温度每升高2℃，性能就会降低10%。

芯片测试时大多都是针对单个芯片，但在AI大规模运算中，往往是把数千计算核心集成到很小的体积内，热量更是以指数级的速度积累。

大量热量包裹在芯片周围，无法散出，每一个机柜内部都是一座火焰山。

超算中心装满芯片的柜子

更要命的是，高温还会大幅缩短半导体器件的寿命。

芯片领域有一个“10度法则”，是说在芯片的正常工作温度范围内，芯片温度每升高10℃，其运行寿命就减少一半。

在大型超算中心，一台AI服务器造价高达数十万甚至上百万元，过早报废将直接推高成本和开支。

可以说，散热能力就是算力，散热为AI“续命”。

在金刚石之前，主流散热技术路线主要是风冷、液冷和被动散热。

风冷比较常见，就是依靠风扇吹拂散热鳍片带走热量，液冷则是利用液体的高比热容和高导热系数来散热。

被动散热是通过高导热材料、热管和相变材料等无源方式实现热量的转移。

常见的铜铝散热器

这些方式，都有不足，难以满足AI芯片散热的要求。

为了散热，各家企业“绝招”频出。

微软直接将服务器沉入海里，利用海水常年10~15℃天然冷源，带走热量。

腾讯依托贵州独有的喀斯特山体开凿山洞机房，山体厚达上百米，洞内常年稳定18-22℃恒温恒湿，相当于天然巨型保温冷库。

腾讯七星数据中心

最终，各大厂家将目光锁定在金刚石。

一说起金刚石，大家会想到最硬。

其实，散热技术上，金刚石也具有天然的超级导热能力。

金刚石是目前已知导热性能最好的材料，其2000-2200W/(m·K)的导热率，是铜的5倍，铝的8倍，碳化硅的4倍，以及硅的13倍。

几种人造金刚石

这种优势在极端场景下的表现得更为惊人。

在实验环境中，使用全金刚石基的微通道散热器，已成功实现10000W/cm²的超高热流密度散热。

相比之下，芯片满载瞬间的局部热点都显得有点弱爆了。

金刚石天然的热膨胀系数，也令其成为目前散热的最优解。

芯片工作时冷热交替，体积会像呼吸一样轻微地热胀冷缩。

如果散热材料的膨胀程度与芯片不一致，两者之间会产生巨大的应力，最终导致芯片翘曲或者焊点开裂，影响后续散热。

金刚石跟硅是一族的，热膨胀系数与硅、碳化硅等主流半导体材料高度匹配。

这意味着，它能与芯片实现热胀冷缩中近乎完美的“同步呼吸”，显著提高芯片和散热界面的可靠性和稳定性。

金刚石硅复合散热基板

另外，金刚石在散热领域中的降维打击，还在于绝佳的绝缘性。

铜、铝等金属确实是热的优良导体，但同时它们也是电的优良导体，所以无法直接接触芯片内部的微小电路，否则会引发短路。

因此在被动散热中使用金属散热器时，中间必须垫一层导热膏或导热垫片做电气化隔离。

金刚石本身就是优良的电绝缘体，能紧贴着芯片做到“肌肤相亲”式的吸收热量，完全不必担心任何电气干扰。

对于追求极致信号完整性的高频AI芯片来说，这一优势至关重要。

除了以上这些优势，金刚石本身稳定的物理化学性质和反应惰性，也让它能在极端环境中发挥稳定。

MSI公布的新一代散热架构

显然，任何散热技术只依靠材料本身的优良特性都是远远不够的，还必须与其他技术协同，创造出1+1>2的效果。

英伟达的H200 GPU采用金刚石-碳化硅复合材料，峰值算力提升40%，且无降频。

金刚石散热还能与液冷技术协同应用，将GPU的热点温度降低10-20℃，可实现25%的超频，算力可较传统散热方案提升3倍。

在AI芯片领域，金刚石散热技术已是不二之选。

需要说明的是，散热需要的金刚石，不是天然宝石。

因为天然金刚石的纯度不够，有的甚至包裹有微量的挥发物质，一受热就会爆掉，所以必须用纯度更高，更完美无瑕的人造金刚石。

说起人造金刚石，这跟中国的关系就大了。

正解局在《钻石卖不动了！商业史上最大“骗局”，被河南戳破了》一文中介绍过，中国的人造金刚石产业全球第一。

2025年，我国人造金刚石产量已占全球总产量的95%。

其中，工业级金刚石产销量均占全球90%以上，行业总产值突破170亿元人民币。

凭借压倒性的生产能力，我国占据着全球市场的绝对主导地位。

中国人造金刚石生产供需数据

不只产量大，在人造金刚石的制造技术上，中国还在大踏步向前。

2025年，吉林大学与中山大学合作合成高品质六方金刚石块体，硬度较传统立方金刚石提升40%，热稳定性超过1100°C，为极端环境应用创造了新可能。

在散热技术上，中国也在寻求突破。

2023年，华为与哈尔滨工业大学、厦门大学合作开发出硅/金刚石三维集成芯片混合键合技术，可使芯片最高结温降低24.1°C，为AI芯片的直接热集成打通了产业化路径。

去年9月，西安电子科技大学郝跃院士团队实现了氧化镓与多晶金刚石的高效键合，界面热阻降低至传统技术的约1/10（仅2.82mm²·K/GW）。该成果为高功率电子器件散热提供了全新思路。

我国的金刚石产业发展多年，具有成熟的产业集群，不但包括金刚石产品研发、大规模生产和销售，还形成了从原料合成到高端制品的完美闭环。

能提供高温高压的人造金刚石培育装置

闭环之上最大的“中国特色”是巨大的价格优势。

中国的人造金刚石把1克拉珠宝级培育钻石的零售价从2020年的8000元，打到现在的3500元，批发价低至1800元。

这样的价格，在国际市场毫无对手。

据预测，2030年全球AI芯片市场规模将达到3万亿元，随之带来的金刚石散热市场，将有望提升至1500亿元。

当然，除了芯片散热的应用，在新能源汽车、5G/6G基站、轨道交通等高功率芯片领域，金刚石散热技术同样将会迎来巨大的增量市场。

目前，全球95%的人造钻石产自中国，美国99%的工业钻石依赖中国进口。

有成熟高效的产业链，有可推广的技术能力，再加上新型散热技术研发的科研助力，中国在人造金刚石领域的优势，不仅能带来可观的收益，更会在芯片散热领域建立中国的话语权。

今年初，马斯克在访谈中预言，电力优势将会让中国在AI时代一骑绝尘，因为没有电，再高端的芯片也只是沉默的硅晶。

马斯克还没说的是，中国支撑AI算力的，除了电力，还有变压器、共封装光学（CPO）、印制电路板（PCB），以及人造金刚石。

在AI时代，中国所具有的世界最完整的工业制造体系会越来越展现出恐怖的新技术适配能力，在AI产业链上持续强链补链。

这是中国面对AI技术的最大底气。

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