随着人工智能算力需求的指数级增长，AI 芯片功率密度正突破物理极限。工信部数据显示，当前单颗 GPU 芯片功耗已达 1400W，预计 2027 年将突破 2000W，热流密度超过 1000W/cm²，传统铜、铝散热材料已无法应对这一挑战。金刚石热沉片凭借其极致导热性能，成为破解 AI 芯片 “热障” 的关键方案，在数据中心、边缘计算等核心场景实现规模化应用。
AI 数据中心是金刚石热沉片的主要应用阵地，其散热解决方案直接决定算力输出效率。在单机柜功耗向 100kW 跃升的趋势下，金刚石热沉片通过三种核心应用模式实现散热突破：
（一）芯片级直接键合散热
采用金刚石衬底与 GPU 芯片直接键合工艺，可显著降低界面热阻。实测数据显示，该方案能使芯片最高结温降低 24.1℃，热阻减少 28.5%，确保芯片在满负荷运行时性能稳定。对于1200W 级高功率芯片，传统散热方案导致的性能降频幅度达 30%，而金刚石热沉片可将降频幅度控制在 5% 以内。
（二）液冷系统集成应用
金刚石热沉片与液冷技术的结合形成了高效散热体系。在冷板式液冷系统中，集成金刚石热沉片后散热效率提升 3 倍，可满足 5kW 级芯片的散热需求。而在浸没式液冷方案中，金刚石热沉片的导入使系统 PUE 低至 1.03，某大型数据中心应用后年省电费超百万元。其核心优势在于金刚石的热导率（2000-2200W/(m・K)）是铜的 5 倍，能快速传导芯片表面局部热斑，配合液体的高效吸热特性，实现热流密度的阶梯式疏导。
（三）复合散热系统构建
针对第三代半导体材料的应用需求，金刚石热沉片与微通道结构结合形成复合散热系统。该方案在 GaN 基 AI 芯片中的应用显示，可将器件结温从 676℃骤降至 182℃，彻底解决高温导致的器件失效问题。这种 “金刚石热沉 + 微通道 + 液冷” 的三层架构，已成为超算中心和大型 AI 训练集群的标准配置。
除数据中心外，金刚石热沉片在 AI 芯片的多元化应用场景中展现出独特价值：
在边缘计算领域，5G 基站单站功耗达 3.5kW，其 AI 处理模块采用金刚石热沉片后，芯片温度下降 30%，信号传输稳定性显著提升。新能源汽车的自动驾驶 AI 芯片面临瞬时高热挑战，采用金刚石铜热沉片，在 800V 高压快充时 20 秒内即可传导瞬时热量，避免热失控的同时使充电速度提升 5 倍。
航空航天领域的极端环境对 AI 芯片散热提出更高要求，金刚石铜复合材料能耐受 - 180℃至 200℃的极端温差，有效降低卫星 AI 处理单元的热失效风险，其热膨胀系数与 SiC、GaN 等半导体材料的完美匹配，进一步减少了界面热应力损伤。
金刚石热沉片以其超高导热率、优异的热匹配性和化学稳定性，成为 AI 芯片散热的终极解决方案。从数据中心的大规模算力集群到边缘设备的极端环境应用，其技术优势正在重塑高端散热产业格局。随着加工工艺的持续优化和国产化替代的推进，金刚石热沉片将在 AI 芯片散热领域实现更高渗透率，为人工智能产业的持续突破提供核心材料支撑。未来，随着 2000W 以上超高性能 AI 芯片的普及，金刚石热沉片的应用场景将进一步拓展，成为支撑算力革命的关键基础材料。
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)和金刚石铜复合材料等，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。
