北京
AI算力持续升级的同时，芯片散热正在成为制约性能释放的重要瓶颈。随着GPU向更高算力、更高功耗演进，传统铜、铝等散热材料逐渐接近性能上限，具备超高热导率的金刚石开始从前沿材料走向AI芯片热管理产业链。
慧博智能投研发布的深度报告显示，金刚石是自然界综合散热性能最优的材料之一，单晶金刚石室温热导率可达2000—2200W/(m·K)，约为铜的5—6倍。同时，其还具备低热膨胀系数、高电绝缘性等特点，与高功耗芯片的封装需求具有较高适配性。
算力越强，散热越接近“物理极限”
金刚石散热需求快速升温，核心驱动力来自AI芯片功耗不断抬升。
报告指出，英伟达GPU单芯片功耗已经从2020年A100的400W提升至2024年Blackwell的1000W，未来芯片功耗仍有进一步上升趋势。与此同时，CoWoS、SoIC等2.5D/3D先进封装不断增加芯片堆叠密度，热路径延长、热阻累积，局部热点的散热难度进一步提升。
这意味着，AI散热的矛盾正在发生变化：过去更多是解决“怎么把热量排出去”，未来则需要首先解决“怎么把芯片局部热点的热快速摊开”。金刚石极高的热导率，使其能够在芯片近结界面快速横向均热，再将热量传递至液冷等外部系统，因此有望成为现有液冷体系的重要材料升级方向。
三条技术路线并行，金刚石铜率先产业化
目前金刚石散热主要形成金刚石铜复合材料、多晶金刚石和单晶金刚石三条技术路线。
其中，金刚石铜复合材料导热系数可达到600—800W/m·K，成本仅为纯金刚石的10%—20%，兼顾性能、加工能力和经济性，产业化成熟度相对最高；多晶金刚石热沉片性能更高，但仍面临大尺寸制备、翘曲以及异质键合等难题；MPCVD单晶金刚石热导率最高可达2000W/m·K，被视为远期潜力较大的技术路线，但现阶段大尺寸晶圆量产和成本仍是主要制约因素。
从产业链看，上游主要包括金刚石原料及MPCVD设备，中游涉及热沉片、金刚石铜复合材料及精密加工，下游则进入芯片封装和散热模组。报告认为，中游热沉片及复合材料占据产业链50%—60%的价值比重，是当前产业链的核心价值环节。
国内产业链加速布局，商业化仍处早期
竞争格局方面，海外企业在高端CVD金刚石材料及应用领域具备先发优势，而国内依托成熟的人造金刚石产业基础，在工业级产能和成本端具备一定优势。目前，四方达、国机精工、力量钻石、黄河旋风、沃尔德、中兵红箭等企业均已向金刚石散热领域延伸，部分产品进入客户测试、小批量供货或产能建设阶段。
不过，金刚石散热距离全面放量仍存在技术与成本门槛。大尺寸材料容易出现翘曲，金刚石与芯片之间的界面热阻需要进一步降低，同时超精密抛光、切割、金属化等加工难度较高，高质量大尺寸材料成本仍然偏高。
从长期空间看，报告测算，随着AI芯片出货增长以及金刚石散热渗透率提升，2026—2030年金刚石散热市场规模有望由38.05亿元增长至1335.18亿元。不过这一测算建立在未来渗透率提升、单片价格下降等假设基础之上，实际产业化节奏仍取决于成本下降、良率改善以及下游客户验证进展。
整体来看，AI芯片正在从“算力竞赛”进一步走向“功耗与散热竞赛”。当液冷逐渐解决系统级排热问题后，芯片近端如何更快地把热导出来，可能成为下一阶段热管理升级的重点。金刚石散热也因此正在从实验室中的高性能材料，逐步走向AI算力产业链的新一轮产业化验证阶段。
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