在半导体技术日新月异的今天，CPU性能的每一次飞跃都伴随着惊人的热量产生。随着制程工艺不断逼近物理极限，单位面积上的晶体管数量呈指数级增长，由此带来的“热障”问题正成为制约计算性能提升的瓶颈。金刚石，正悄然改变着CPU散热的技术格局。如今正成为解决芯片散热难题的新希望。
金刚石在散热领域的卓越表现，源于其无与伦比的物理特性。自然界中，金刚石的热导率高达2200 W/(m·K)，是铜的5倍，银的4倍，铝的10倍以上。这一惊人数据背后，是金刚石完美的晶体结构：每个碳原子与四个相邻碳原子通过强共价键连接，形成极为稳定的四面体结构，使得晶格振动（声子）能够几乎无阻碍地传播，从而实现极高的热传导效率。
除了卓越的热导率，金刚石还具备低热膨胀系数（0.8×10⁻⁶/K）、高绝缘强度（10⁷ V/cm）和优异的化学稳定性。在CPU散热场景中，这些特性转化为多重优势：高效的热量传递能力，与硅芯片匹配的热膨胀性能，以及作为电绝缘体可直接接触芯片的能力。这些综合特性使金刚石成为理想的热界面材料和热沉基底材料。
在CPU散热系统中，金刚石热沉片主要应用于三个关键环节：作为芯片与散热器之间的热界面材料（TIM），作为芯片封装的散热盖（IHS），以及作为高功率区域的局部热沉。
作为热界面材料，金刚石片取代传统的导热硅脂或相变材料，可将界面热阻降低60%以上。英特尔在实验室测试中发现，采用金刚石热界面材料的CPU，在高负载下核心温度可比传统材料低10-15°C，这直接转化为更高、更稳定的加速频率。
在芯片封装层面，金刚石散热盖已在高性能计算领域得到应用。IBM的POWER系列处理器部分型号采用金刚石复合散热盖，使热设计功耗（TDP）提升20%的同时，保持芯片温度在安全范围内。更激进的方案是将金刚石作为芯片衬底，通过纳米键合技术将芯片晶体管层直接转移到金刚石基底上，实现最短散热路径。DARPA的研究显示，这种结构可使局部热点温度降低40%以上。
在异构集成和芯片堆叠（3D IC）成为趋势的今天，金刚石热沉片在层间散热中的作用尤为突出。AMD在其3D V-Cache技术中探索了金刚石中介层，有效解决了堆叠芯片的“热耦合”问题，使L3缓存容量提升3倍而不影响散热性能。
实际应用数据显示，金刚石热沉片为CPU性能带来显著提升。在服务器CPU领域，采用金刚石散热方案的芯片可提升15-25%的持续全核频率，或降低20-30%的散热系统能耗。对超频爱好者而言，金刚石散热模块使极限超频温度降低10-20°C，创造了多项世界纪录。
能效方面，金刚石散热技术使CPU在相同性能下的功耗降低8-12%，这对数据中心和超级计算机的运营成本产生深远影响。以一座10兆瓦的数据中心为例，采用金刚石散热方案后，每年可节约电费超过50万美元，减少碳排放约3000吨。
金刚石热沉片不仅代表着当前CPU散热的最高水平，更预示着下一代芯片散热技术的发展方向。随着5G、人工智能、高性能计算对芯片散热提出更高要求，金刚石这一“散热王者”必将开启散热技术的新纪元。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
