電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 在AI算力狂飆的時代，芯片散熱問題成為制約技術發(fā)展的關鍵瓶頸。英偉達下一代Vera Rubin架構GPU，將全面采用“鉆石銅復合散熱 + 45℃溫水直液冷”全新方案，為解決芯片散熱難題帶來了新的曙光。

隨著AI大模型、云計算的迭代提速，芯片算力與功耗同步飆升。英偉達新一代Vera Rubin GPU堪稱“算力巨獸”，它搭載第三代Transformer引擎，采用SoIC三維垂直堆疊先進封裝，晶體管數(shù)量達3360億個，單芯片功耗最高突破2300W，芯片散熱壓力較前代呈幾何級增長。傳統(tǒng)銅散熱在這種高負荷下早已不堪重負，滿負荷運行10分鐘核心溫度就觸達110℃過熱閾值，氧化老化導致3 - 5年就需更換，且熱脹冷縮特性無法貼合3納米級精密芯片，縫隙漏熱、漏電風險突出。

在此背景下，鉆石銅散熱成為高端芯片突破“發(fā)熱墻”的關鍵。黃仁勛頻頻聚焦鉆石銅散熱，是因為金剛石（即鉆石）作為第四代半導體材料，具有卓越的熱性能。天然單晶金剛石在室溫下的熱導率高達2000 - 2200W/(m·K)，是銅（約400W/(m·K)）的5倍，鋁的10倍以上。當金剛石與銅結合，創(chuàng)造出熱導率高達950W/(m·K)的復合材料，遠超傳統(tǒng)封裝材料約200W/(m·K)的水平。這種復合材料不僅高導熱，而且熱膨脹系數(shù)可調(diào)，能夠與半導體材料良好匹配，顯著降低芯片工作過程中的熱應力。

金剛石不僅熱導率高，還具有優(yōu)異的熱擴散系數(shù)、良好的絕緣性與低介電常數(shù)。極高的熱擴散系數(shù)使其能迅速響應芯片局部熱點的溫度變化，避免熱量淤積，這對于處理單元高度集中的AI芯片尤為重要。同時，作為優(yōu)良的電絕緣體，且具有較低且穩(wěn)定的介電常數(shù)，金剛石在作為散熱介質(zhì)時，不會引入額外的寄生電容，對芯片高頻電信號的完整性影響極小，契合AI芯片高頻率運行的需求。

英偉達的布局已初見成效。率先采用鉆石散熱技術的GPU實驗顯示，AI及云計算性能提升3倍，溫度降低60%，能耗降低40%。Vera Rubin GPU搭載的鉆石銅復合散熱方案，實現(xiàn)了“局部核心極致散熱 + 全局液冷高效控溫”的雙重突破。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，瑞為新材作為新一代高導熱材料創(chuàng)新者及芯片系統(tǒng)性熱管理解決方案提供商，聚焦芯片散熱領域，深耕金剛石/金屬復合材料研發(fā)生產(chǎn)，破解了國外技術封鎖，成為國內(nèi)首家實現(xiàn)該類材料批量供貨的企業(yè)，其核心產(chǎn)品可適配英偉達Vera Rubin GPU、H200等高端芯片的散熱需求。

目前，熱沉片是金剛石散熱的重要應用方式，包括襯底型熱沉、帽蓋型熱沉等。在更前沿的技術路線中，可在芯片制造階段將金剛石微通道或金剛石層通過晶圓鍵合技術與硅芯片集成，或在寬禁帶半導體芯片上外延生長金剛石層。在射頻功率放大器和激光二極管領域，金剛石熱沉已實現(xiàn)商業(yè)化應用。近期，黃河旋風研制出國內(nèi)可量產(chǎn)的最大8英寸熱沉片，計劃2月份投入量產(chǎn)。

鉆石散熱市場前景廣闊，規(guī)模將從2025年的0.37億美元暴漲至2030年的152億美元，滲透率從不足0.1%提升至10%。而中國作為全球培育鉆石核心產(chǎn)區(qū)，75%的培育鉆石毛坯、70%以上的半導體級高純度培育鉆石均來自中國，為國產(chǎn)企業(yè)在鉆石銅散熱領域的發(fā)展提供了得天獨厚的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。