在数字经济浪潮席卷全球的今天，数据中心已成为支撑社会运行的“数字心脏”。。随着人工智能、云计算等高性能计算需求爆炸式增长，传统散热技术已逼近物理极限。当“热障”成为制约算力发展的关键瓶颈时，一场散热革命悄然拉开帷幕——金刚石与液冷技术的融合创新，正以前所未有的方式重塑数据中心的散热格局。
传统风冷系统依靠空气对流带走热量，其散热效率受限于空气的低热容和导热性。当芯片功率密度突破每平方厘米100瓦时，风冷已显得力不从心。这种“热失控”不仅降低计算效率、缩短设备寿命，更威胁着数据中心的稳定运行。
液冷技术应运而生，通过液体介质直接或间接接触热源，其散热效率是空气的1000-3000倍。浸没式液冷将整个服务器浸入不导电的冷却液中，实现了近乎100%的热量回收率；冷板式液冷则通过微通道设计与芯片紧密贴合，精准靶向高热流区域。 天然金刚石的导热系数高达2200 W/(m·K)，是铜的5倍，铝的10倍，比目前最先进的散热材料氮化铝高出近4倍。金刚石薄膜、金刚石复合材料等创新形态，既能保持高热导率，又具备良好的机械强度和可加工性。实验表明，在芯片表面沉积仅100微米厚的金刚石层，即可将热点温度降低30-50°C，这种“近结散热”能力正是应对三维堆叠芯片热挑战的关键。
当金刚石与液冷相遇，散热技术实现了从“量变”到“质变”的飞跃。这一协同创新的核心在于构建多维度的散热路径：金刚石负责将芯片内部热量快速横向扩散，液冷系统则高效带走纵向传递的热量。
在界面材料领域，金刚石复合材料作为热界面材料，可将芯片与冷板间的接触热阻降低60%以上。这种材料既保持了金刚石的高导热性，又通过金属相变适应表面不平整，实现完全贴合。使用金刚石增强热界面材料后，CPU与冷板间的温差从传统硅脂的15°C降至不足5°C。 冷板设计也因金刚石迎来革新。
微通道冷板内壁镀覆金刚石涂层，不仅能增强耐腐蚀性，延长系统寿命，其超疏水特性还可降低流动阻力达20%，减少泵功消耗。更精妙的是，通过激光加工在金刚石基板上制造出微纳复合结构，可显著增加比表面积，强化沸腾换热，使局部换热系数提升3-5倍。
对于浸没式液冷，这些直径10-100纳米的金刚石颗粒在冷却液中形成微对流，破坏边界层，增强湍流混合。同时，金刚石颗粒作为成核点，大幅降低沸腾过热度，使相变散热在更低温度下触发。研究表明，添加0.1%体积分数的纳米金刚石，即可将氟化液的沸腾换热系数提高40%以上。
金刚石与液冷的融合只是散热革命的起点。随着材料科学、流体力学、人工智能的交叉创新，下一代散热系统正朝着智能化、自适应方向发展。在算力成为核心生产力的时代，金刚石与液冷的深度融合，不仅是为芯片“退烧”的技术方案，更是释放算力潜能、推动数字文明可持续发展的基础性突破。
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。
