钻石散热专题报告：高算力时代的终极方案，打开AI潜力的钥匙.pdf

钻石散热专题报告：高算力时代的终极方案，打开AI潜力的钥匙。钻石：“终极”半导体材料，“六边形战士”。随着半导体遵循着摩尔定律纳米制程进步、TDP（热设计功耗）上升，芯片热流 密度变得越来越高，散热革命成为AI、HPC时代最大挑战。当芯片表面温度达 到70-80℃时，温度每增加1℃，芯片可靠性就会下降10%；设备故障超过55% 与过热直接相关。金刚石是已知热导率最高的材料，热导率达硅（Si）13倍、碳 化硅（Sic）4倍，铜和银4-5倍，并具有超宽禁带半导体优异特质，被视为“第 四代半导体”或“半导体终极材料”。与SiC相比，钻石芯片成本可便宜30%， 所需材料面积仅为SiC芯片1/50，减少3倍能量损耗，并将芯片体积缩小4倍。

钻石散热：高算力时代“终极”方案，打开AI潜力的钥匙

钻石散热方案在高效能电子产品应用潜力广阔，未来每台电脑、汽车和手机都 有望装上钻石。半导体领域，“钻石冷却”技术可让GPU、CPU计算能力提升3 倍，温度降低 60%，能耗降低 40%，为数据中心节省数百万美元的冷却成本。 新能源汽车领域，超薄钻石纳米膜助力电动汽车充电速度提升5倍，热负荷降低 10 倍。基于钻石技术的逆变器体积小6倍，性能更卓越。太空卫星领域，数据 速率提升5-10 倍，尺寸减小50%，并在严酷的太空环境中表现更稳定。无人机 领域，无人机仅需1分钟就能充满电，金刚石吸收产生高密度激光束，解决续航 问题。基于独特物理特性，钻石还在量子计算、核处理等方面打开应用潜力。

产业化开启“从0到1”阶段，国内培育钻石产业链大放异彩

钻石散热产业链开启“从0到1”临界点，全球各项应用加速落地。美国Akash Systems 公司获得美国芯片法案支持，体现了对钻石散热前景的充分认可；英伟 达率先采用钻石散热GPU实验，性能是普通芯片的三倍；华为接连公布钻石散 热专利，坚定入局，未来有望在高性能计算、5G通信、人工智能等领域广泛应 用；国内公司化合积电已具备较为完整的金刚石半导体材料解决方案，并实现规 模化生产（未上市，光莆股份有持股）。我们测算钻石散热市场规模有望由2025 年0.5 亿美元（渗透率不足0.1%）增长至152亿美元（渗透率约10%），复合 增速214%，市场前景可观。我国人造钻石产业链具备绝对成本优势，人造金刚 石产量占全球总产量的90%以上。国内培育钻石企业积极布局“钻石散热”技术， 并在半导体衬底、热沉等方面取得突破。2024年8月，商务部、海关总署开始 对人造金刚石设备和技术进行出口管制。