為AI芯片“續命”，中國人造鉆石等來了大機會

AI帶火了內存芯片，上游的氦氣、特種金屬、變壓器等也跟著漲價了。

沒想到的是，連人造金剛石（人造鉆石）價格也被AI拉了起來。

今年上半年，金剛石行業超過八成的企業都發布了漲價函。

看起來“風馬牛不相及”的金剛石，對AI有多重要？

AI芯片，要靠中國技術“續命”？

今年3月，英偉達在年度開發者大會上官宣，下一代GPU使用Vera Rubin平臺，單芯片功耗突破2300W，熱流密度超過1000W/cm2，傳統銅鋁散熱方案已達到物理極限，將全面采用“金剛石-銅復合散熱+液冷”方案。

黃仁勛說，芯片不需要額外的冷卻器來冷卻。

黃仁勛展示的下一代GPU產品

同時，AMD也同步推出搭載金剛石冷卻系統的MI350X AI服務器。

兩大巨頭類似的技術路線，正式將金剛石推高至AI算力散熱的標配核心地位。

AI芯片散熱正式進入“材料革命”時代。

新技術的拓展量產一定會帶來供應鏈的轉向，這次就落到了金剛石行業。

為什么兩大巨頭要改散熱技術路線？

在厘清背后邏輯之前，有必要先搞清一個問題，散熱對芯片算力的影響有多大？

舉個例子，用手機玩游戲或者刷視頻，時間長了機身就會發燙。

如果散熱不好高溫不降，屏幕就開始變暗，游戲瘋狂掉幀。

此時，再不讓手機冷靜下來，就該彈出高溫警告強制關機了。

“高溫”能決定手機的使用上限，每一枚AI芯片背后的熱浪滾滾，也決定著AI算力的上限。

AI大模型訓練的本質是規模空前的并行計算。

當今高端芯片的熱設計功耗，已邁入1000W甚至1200W的千瓦級時代，第三代半導體器件的熱流密度更是突破500W/cm2。

可以想象一下，將1000W以上的發熱功率集中在指甲蓋大小的芯片上，單位面積的發熱量超過了火箭發動機噴口的熱流密度。

功耗高達8000W的英偉達Blackwell B200平臺

大家用手機都害怕突然變燙，芯片更怕燙。

芯片在溫度過高時會觸發熱降頻保護機制，自動降低頻率以減少發熱。

芯片一旦發燙，算力就會打折。

數據表明，溫度每升高10℃，芯片性能損失約3-5%。

如果芯片工作溫度在70-80℃，溫度每升高2℃，性能就會降低10%。

芯片測試時大多都是針對單個芯片，但在AI大規模運算中，往往是把數千計算核心集成到很小的體積內，熱量更是以指數級的速度積累。

大量熱量包裹在芯片周圍，無法散出，每一個機柜內部都是一座火焰山。

超算中心裝滿芯片的柜子

更要命的是，高溫還會大幅縮短半導體器件的壽命。

芯片領域有一個“10度法則”，是說在芯片的正常工作溫度范圍內，芯片溫度每升高10℃，其運行壽命就減少一半。

在大型超算中心，一臺AI服務器造價高達數十萬甚至上百萬元，過早報廢將直接推高成本和開支。

可以說，散熱能力就是算力，散熱為AI“續命”。

在金剛石之前，主流散熱技術路線主要是風冷、液冷和被動散熱。

風冷比較常見，就是依靠風扇吹拂散熱鰭片帶走熱量，液冷則是利用液體的高比熱容和高導熱系數來散熱。

被動散熱是通過高導熱材料、熱管和相變材料等無源方式實現熱量的轉移。

常見的銅鋁散熱器

這些方式，都有不足，難以滿足AI芯片散熱的要求。

為了散熱，各家企業“絕招”頻出。

微軟直接將服務器沉入海里，利用海水常年10~15℃天然冷源，帶走熱量。

騰訊依托貴州獨有的喀斯特山體開鑿山洞機房，山體厚達上百米，洞內常年穩定18-22℃恒溫恒濕，相當于天然巨型保溫冷庫。

騰訊七星數據中心

最終，各大廠家將目光鎖定在金剛石。

一說起金剛石，大家會想到最硬。

其實，散熱技術上，金剛石也具有天然的超級導熱能力。

金剛石是目前已知導熱性能最好的材料，其2000-2200W/(m·K)的導熱率，是銅的5倍，鋁的8倍，碳化硅的4倍，以及硅的13倍。

幾種人造金剛石

這種優勢在極端場景下的表現得更為驚人。

在實驗環境中，使用全金剛石基的微通道散熱器，已成功實現10000W/cm2的超高熱流密度散熱。

相比之下，芯片滿載瞬間的局部熱點都顯得有點弱爆了。

金剛石天然的熱膨脹系數，也令其成為目前散熱的最優解。

芯片工作時冷熱交替，體積會像呼吸一樣輕微地熱脹冷縮。

如果散熱材料的膨脹程度與芯片不一致，兩者之間會產生巨大的應力，最終導致芯片翹曲或者焊點開裂，影響后續散熱。

金剛石跟硅是一族的，熱膨脹系數與硅、碳化硅等主流半導體材料高度匹配。

這意味著，它能與芯片實現熱脹冷縮中近乎完美的“同步呼吸”，顯著提高芯片和散熱界面的可靠性和穩定性。

金剛石硅復合散熱基板

另外，金剛石在散熱領域中的降維打擊，還在于絕佳的絕緣性。

銅、鋁等金屬確實是熱的優良導體，但同時它們也是電的優良導體，所以無法直接接觸芯片內部的微小電路，否則會引發短路。

因此在被動散熱中使用金屬散熱器時，中間必須墊一層導熱膏或導熱墊片做電氣化隔離。

金剛石本身就是優良的電絕緣體，能緊貼著芯片做到“肌膚相親”式的吸收熱量，完全不必擔心任何電氣干擾。

對于追求極致信號完整性的高頻AI芯片來說，這一優勢至關重要。

除了以上這些優勢，金剛石本身穩定的物理化學性質和反應惰性，也讓它能在極端環境中發揮穩定。

MSI公布的新一代散熱架構

顯然，任何散熱技術只依靠材料本身的優良特性都是遠遠不夠的，還必須與其他技術協同，創造出1+1>2的效果。

英偉達的H200 GPU采用金剛石-碳化硅復合材料，峰值算力提升40%，且無降頻。

金剛石散熱還能與液冷技術協同應用，將GPU的熱點溫度降低10-20℃，可實現25%的超頻，算力可較傳統散熱方案提升3倍。

在AI芯片領域，金剛石散熱技術已是不二之選。

需要說明的是，散熱需要的金剛石，不是天然寶石。

因為天然金剛石的純度不夠，有的甚至包裹有微量的揮發物質，一受熱就會爆掉，所以必須用純度更高，更完美無瑕的人造金剛石。

說起人造金剛石，這跟中國的關系就大了。

正解局在《鉆石賣不動了！商業史上最大“騙局”，被河南戳破了》一文中介紹過，中國的人造金剛石產業全球第一。

2025年，我國人造金剛石產量已占全球總產量的95%。

其中，工業級金剛石產銷量均占全球90%以上，行業總產值突破170億元人民幣。

憑借壓倒性的生產能力，我國占據著全球市場的絕對主導地位。

中國人造金剛石生產供需數據

不只產量大，在人造金剛石的制造技術上，中國還在大踏步向前。

2025年，吉林大學與中山大學合作合成高品質六方金剛石塊體，硬度較傳統立方金剛石提升40%，熱穩定性超過1100°C，為極端環境應用創造了新可能。

在散熱技術上，中國也在尋求突破。

2023年，華為與哈爾濱工業大學、廈門大學合作開發出硅/金剛石三維集成芯片混合鍵合技術，可使芯片最高結溫降低24.1°C，為AI芯片的直接熱集成打通了產業化路徑。

去年9月，西安電子科技大學郝躍院士團隊實現了氧化鎵與多晶金剛石的高效鍵合，界面熱阻降低至傳統技術的約1/10（僅2.82mm2·K/GW）。該成果為高功率電子器件散熱提供了全新思路。

我國的金剛石產業發展多年，具有成熟的產業集群，不但包括金剛石產品研發、大規模生產和銷售，還形成了從原料合成到高端制品的完美閉環。

能提供高溫高壓的人造金剛石培育裝置

閉環之上最大的“中國特色”是巨大的價格優勢。

中國的人造金剛石把1克拉珠寶級培育鉆石的零售價從2020年的8000元，打到現在的3500元，批發價低至1800元。

這樣的價格，在國際市場毫無對手。

據預測，2030年全球AI芯片市場規模將達到3萬億元，隨之帶來的金剛石散熱市場，將有望提升至1500億元。

當然，除了芯片散熱的應用，在新能源汽車、5G/6G基站、軌道交通等高功率芯片領域，金剛石散熱技術同樣將會迎來巨大的增量市場。

目前，全球95%的人造鉆石產自中國，美國99%的工業鉆石依賴中國進口。

有成熟高效的產業鏈，有可推廣的技術能力，再加上新型散熱技術研發的科研助力，中國在人造金剛石領域的優勢，不僅能帶來可觀的收益，更會在芯片散熱領域建立中國的話語權。

今年初，馬斯克在訪談中預言，電力優勢將會讓中國在AI時代一騎絕塵，因為沒有電，再高端的芯片也只是沉默的硅晶。

馬斯克還沒說的是，中國支撐AI算力的，除了電力，還有變壓器、共封裝光學（CPO）、印制電路板（PCB），以及人造金剛石。

在AI時代，中國所具有的世界最完整的工業制造體系會越來越展現出恐怖的新技術適配能力，在AI產業鏈上持續強鏈補鏈。

這是中國面對AI技術的最大底氣。

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