鉆石散熱專(zhuān)題報(bào)告：高算力時(shí)代的終極方案，打開(kāi)AI潛力的鑰匙.pdf

鉆石散熱專(zhuān)題報(bào)告：高算力時(shí)代的終極方案，打開(kāi)AI潛力的鑰匙。鉆石：“終極”半導(dǎo)體材料，“六邊形戰(zhàn)士”。隨著半導(dǎo)體遵循著摩爾定律納米制程進(jìn)步、TDP（熱設(shè)計(jì)功耗）上升，芯片熱流 密度變得越來(lái)越高，散熱革命成為AI、HPC時(shí)代最大挑戰(zhàn)。當(dāng)芯片表面溫度達(dá) 到70-80℃時(shí)，溫度每增加1℃，芯片可靠性就會(huì)下降10%；設(shè)備故障超過(guò)55% 與過(guò)熱直接相關(guān)。金剛石是已知熱導(dǎo)率最高的材料，熱導(dǎo)率達(dá)硅（Si）13倍、碳 化硅（Sic）4倍，銅和銀4-5倍，并具有超寬禁帶半導(dǎo)體優(yōu)異特質(zhì)，被視為“第 四代半導(dǎo)體”或“半導(dǎo)體終極材料”。與SiC相比，鉆石芯片成本可便宜30%， 所需材料面積僅為SiC芯片1/50，減少3倍能量損耗，并將芯片體積縮小4倍。

鉆石散熱：高算力時(shí)代“終極”方案，打開(kāi)AI潛力的鑰匙

鉆石散熱方案在高效能電子產(chǎn)品應(yīng)用潛力廣闊，未來(lái)每臺(tái)電腦、汽車(chē)和手機(jī)都 有望裝上鉆石。半導(dǎo)體領(lǐng)域，“鉆石冷卻”技術(shù)可讓GPU、CPU計(jì)算能力提升3 倍，溫度降低 60%，能耗降低 40%，為數(shù)據(jù)中心節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元的冷卻成本。 新能源汽車(chē)領(lǐng)域，超薄鉆石納米膜助力電動(dòng)汽車(chē)充電速度提升5倍，熱負(fù)荷降低 10 倍。基于鉆石技術(shù)的逆變器體積小6倍，性能更卓越。太空衛(wèi)星領(lǐng)域，數(shù)據(jù) 速率提升5-10 倍，尺寸減小50%，并在嚴(yán)酷的太空環(huán)境中表現(xiàn)更穩(wěn)定。無(wú)人機(jī) 領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)僅需1分鐘就能充滿(mǎn)電，金剛石吸收產(chǎn)生高密度激光束，解決續(xù)航 問(wèn)題。基于獨(dú)特物理特性，鉆石還在量子計(jì)算、核處理等方面打開(kāi)應(yīng)用潛力。

產(chǎn)業(yè)化開(kāi)啟“從0到1”階段，國(guó)內(nèi)培育鉆石產(chǎn)業(yè)鏈大放異彩

鉆石散熱產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)啟“從0到1”臨界點(diǎn)，全球各項(xiàng)應(yīng)用加速落地。美國(guó)Akash Systems 公司獲得美國(guó)芯片法案支持，體現(xiàn)了對(duì)鉆石散熱前景的充分認(rèn)可；英偉 達(dá)率先采用鉆石散熱GPU實(shí)驗(yàn)，性能是普通芯片的三倍；華為接連公布鉆石散 熱專(zhuān)利，堅(jiān)定入局，未來(lái)有望在高性能計(jì)算、5G通信、人工智能等領(lǐng)域廣泛應(yīng) 用；國(guó)內(nèi)公司化合積電已具備較為完整的金剛石半導(dǎo)體材料解決方案，并實(shí)現(xiàn)規(guī) 模化生產(chǎn)（未上市，光莆股份有持股）。我們測(cè)算鉆石散熱市場(chǎng)規(guī)模有望由2025 年0.5 億美元（滲透率不足0.1%）增長(zhǎng)至152億美元（滲透率約10%），復(fù)合 增速214%，市場(chǎng)前景可觀(guān)。我國(guó)人造鉆石產(chǎn)業(yè)鏈具備絕對(duì)成本優(yōu)勢(shì)，人造金剛 石產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的90%以上。國(guó)內(nèi)培育鉆石企業(yè)積極布局“鉆石散熱”技術(shù)， 并在半導(dǎo)體襯底、熱沉等方面取得突破。2024年8月，商務(wù)部、海關(guān)總署開(kāi)始 對(duì)人造金剛石設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行出口管制。