钻石散热应用现状及市场空间如何？

产业化进入“从 0 到 1”阶段。

1、 全球加速钻石散热应用落地，产业化进入“从 0 到 1”阶段

1.1、 钻石散热产业化曾受到技术、成本双重挑战

金刚石芯片产业化曾受制于技术、成本两方面的挑战： （1）并非所有类型的金刚石都适合用于制造芯片。金刚石分为不同的等级，如 量子级、电子级、光学级、热学级和力学级，主要依据位错密度和含氮量等参数来 区分。用于芯片的金刚石必须达到电子级以上的纯度要求，这对材料的选择和提纯 工艺提出了较高的要求。 （2）金刚石芯片的掺杂技术仍存在瓶颈。纯净的金刚石本身是绝缘体，必须通 过掺杂来实现半导体性质。尽管 p 型掺杂技术已经相对成熟，主要采用硼（B）作为 掺杂元素，但 n 型掺杂仍是难以突破的产业化难题。由于 n 型掺杂元素在金刚石中 的电离能较高，且合适的施主元素尚未找到，这使得 n 型掺杂的技术进展缓慢，阻 碍了金刚石芯片的进一步发展。（3）在成本方面，人造金刚石的价格依然高昂，成为制约金刚石芯片产业化面 临的主要难题。相比之下，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的价格虽然高于硅材料， 但在大规模应用中能够通过提升效率来弥补其材料成本的差距。然而，金刚石芯片 的材料成本几乎是硅的 10000 倍，导致其成本高于现有的半导体材料，这使得金刚 石芯片在产业应用中面临较大挑战。

1.2、 应用落地加速，获美国芯片法案支持，华为坚定入局

Akash Systems 已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。 2024 年 11 月，Akash Systems 公司与美国商务部，签署了一份不具约束力的初步条 款备忘录（PMT），根据《芯片与科学法案》提供 1820 万美元的直接资助和 5000 万美元的联邦和州税收抵免。Akash Systems 钻石冷却技术将 GPU 温度降低 20 度， 超频潜力提升 25%，并计划生产人造钻石晶圆。CHIPS 法案为美国半导体行业大规 模投资，小公司和初创公司常不在资助名单上，体现了对钻石散热前景的充分认可。 全球首款碳-14 钻石电池有望供电数年，全球产业应用落地加速。2024 年 12 月 4 日，据英国布里斯托大学官网，该校和英国原子能管理局的研究团队研制出全球首 款碳-14 钻石电池，这款电池有望为设备供电数年。碳-14 钻石电池的工作原理十分 巧妙。它利用半衰期为 5700 年的碳-14 的放射性衰变，来产生低水平的能量，从钻 石结构中捕获快速移动的电子。团队表示，钻石电池不仅安全可靠，而且可持续提 供微瓦级电力。未来应用领域包括医疗设备（眼部植入物、助听器和起搏器等，最 大限度地减少更换电池的频率）、太空和地球上的极端环境中。

华为接连申请公布“钻石散热”相关专利，坚定入局。2024 年 12 月，华为申 请公布使用金刚石散热层的半导体器件专利。在本申请的半导体器件中，钝化层位 于第一外延层和金刚石散热层之间，钝化层朝向金刚石散热层的一侧表面设置有凹 槽，该结构不仅可以增加金刚石散热层与钝化层的接触面积，从而增加金刚石散热 层与钝化层之间的结合力，并且还可以减小栅极与金刚石散热层之间沿半导体器件 的厚度方向的热扩散距离，大幅提高半导体器件的散热效率。2023 年 10 月，华为与 哈尔滨工业大学联合申请公布一项专利《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混 合键合方法》。通过采用混合键合方法，可以实现硅和金刚石的高效集成，将芯片产 生的热量快速地导出，并减少热阻，从而提高芯片的散热效率，提高芯片的性能和 可靠性。我们认为，华为布局钻石散热相关技术，体现了对技术产业潜力的充分认 可，并有望在未来的高性能计算、5G 通信、人工智能等领域有着广泛的应用。

1.3、 化合积电：钻石散热已实现规模化生产，产业化进入“从 0 到 1”阶段

化合积电：专注于金刚石半导体材料的公司。化合积电（厦门）半导体科技有 限公司成立于 2020 年，主要产品包括多晶金刚石（晶圆级金刚石、金刚石热沉片、 金刚石窗口片、金刚石基异质集成复合衬底）、单晶金刚石（热学级、光学级、电子 级）、GaN on Diamond、Diamond on GaN、硅基氮化铝、蓝宝石基氮化铝、金刚石基 氮化铝等，广泛应用于航空航天、电力电子、光通讯、新能源光伏、新能源汽车、 传感器、Al、IGBT 等领域。公司在厦门和首尔设有两大研发中心，研发基地近 1000 平方米，配备全球领先的设备，并与中国集美大学和韩国亚洲大学进行国际技术合 作，已建立独立的知识产权体系，目前累计申请 20 多项专利。2024 年 3 月，化合积 电获得贺利氏集团的战略投资，用于大尺寸多晶金刚石量产线建设及新产品研发。 此外，化合积电还申请了名为“金刚石/单晶硅复合立体基板、其制备方法与应用” 的专利，旨在改善 GPU 等高发热率器件的散热性能，提升运算性能与寿命，并降低 单位算力成本。目前，化合积电未上市，国内上市公司光莆股份有持股。

化合积电的金刚石等核心产品已实现批量化生产，公司在厦门建设了超过 3000 平方米的生产基地，掌握了大尺寸、低成本、高质量金刚石和氮化铝相关产品的制 备与加工核心工艺，持续扩展生产规模，产能迅速提升。据公司官网，化合积电是 国内首家实现 MPCVD 技术规模化量产多晶金刚石的厂家，主要生产设备包括 MPCVD、PVD、MOCVD 等。目前，公司已经拥有一系列成熟产品，如金刚石热沉 片、金刚石晶圆、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等，金刚石热沉片的热 导率为 100-220W/(m)，晶圆级金刚石的表面粗糙度 Ra<1nm。这些产品已广泛应用 于航空航天、高功率半导体激光器、光通信、芯片散热和核聚变等领域。我们认为， 化合积电具备较为完整的金刚石半导体材料解决方案，并能够实现规模化生产和批 量供应，标志着钻石散热产业链“从 0 到 1”逐步走向成熟。

2、 我们测算未来钻石散热市场空间约 152 亿美元，开启新一代散热革 命

我们测算 2025 年钻石散热市场规模 0.5 亿美元，2030 年增长至 152.4 亿美元， 复合增速 214%，主要行业包括数据中心、电动汽车、太空卫星、无人机以及未来人 形机器人。此外，钻石散热在芯片基板、量子计算等领域拥有突出潜力。我们的具 体测算如下： （1）我们预计钻石散热在数据中心市场规模由 2025 年的 0.2 亿美元（渗透率 0.1%），增长至 2030 年的 48 亿美元（渗透率 12%），年复合增速 202%。数据中心 运算量大，散热需求比较靠前，我们对钻石散热在数据中心领域的市场测算分析如 下： 2023 年全球数据中心 343 万座，建造规模 2600 亿美元。据 Fortune Business Insights数据，2023年全球数据中心数量为343 万，预计到2027 年增长到约360 万， 2023-2027 年复合增长率约为 1.2%。从建造规模看，2023 年全球数据中心建造市场 2599.7 亿美元，预计 2028 年增长至 3482.3 亿美元，2023-2028 年复合增速为 7.6%。

在数据中心的建造成本中，冷却系统（热管理）占比 15%-20%，随着算力的发 展，冷却系统的价值量还有望持续提升。温控系统的能耗占数据中心非 IT 能耗的80%， 是其运营成本中的主要组成部分。随着双碳目标的推进，PUE（电能使用效率）的 要求逐步趋严。 钻石散热技术有望实现 PUE 目标，Akash Systems“钻石冷却”技术提升 GPU、 CPU 的计算能力 3 倍，降低温度 60%，减少能耗 40%，为数据中心节省数百万美 元的冷却成本，基于性能及成本的卓越优势，渗透率有望逐步提升。

2024 年全球数据中心热管理市场规模 166 亿美元，液冷技术渗透率约 17%。根 据 R&M 数据，2024 年全球数据中心热管理市场规模为 165.6 亿美元，到 2029 年预 计将增长至 345.1 亿美元，2024-2029 年 CAGR 为 15.8%。从技术渗透率来看，Omdia 预计 2023 年数据中心风冷和液冷市场规模为 76.7 亿美元，其中液冷的渗透率约为 17%。 散热技术越来越贴近核心发热源，从房间级、机柜级、服务器级向芯片级演进。 作为新型热管理方案，我们认为钻石散热技术能够从根本上解决热量问题，降低能 耗、提升性能，并有效减少全生命周期的散热成本。与传统的液冷和风冷系统相比， 钻石散热兼容两种，具有显著的优势。

我们预计钻石散热在数据中心市场规模由2025年的0.2亿美元（渗透率0.1%）， 增长至 2030 年的 48 亿美元（渗透率 12%）。钻石散热作为下一代散热技术，一旦成 熟有望大规模铺开。根据前文对全球数据中心数量、建造规模及热管理市场规模的 预计，结合我们对钻石散热在全球数据中心热管理市场渗透率，由 2025 年 0.1%提升 至 2030 年 12%，我们预计钻石散热在数据中心市场规模由 2025 年的 0.2 亿美元，增 长至 2030 年的 48 亿美元。

（2）新能源汽车：我们预计钻石散热在新能源市场规模由 2025 年的 0.1 亿美 元（渗透率 0.05%），增长至 2030 年的 52 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 241%。 钻石芯片凭借卓越的热导性，新能源汽车热管理应用前景广阔。电动汽车需要 散热以有效管理电池、逆变器和功率电子器件等关键部件产生的热量，确保系统高 效运行和延长使用寿命。据乘联分会，2024 年 1-10 月份世界汽车销量达到 7421 万 台，新能源汽车达到 1407 万台，全年销量有望超 1600 万台，新能源车渗透率达到 19%，预计2030 年全球新能源汽车渗透率预计达到 50%左右。钻石芯片凭借其卓越 的热导性，可广泛应用于新能源汽车的逆变器、电池管理系统（BMS）、功率电子器 件和充电系统等热管理领域，提升散热效率并确保系统稳定性。据弗劳恩霍夫研究 所，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六倍，性能更卓越。

新能源汽车热管理 ASP 量显著高于传统燃油车，约为 7000 元左右。据华经产 业研究院，由于新能源汽车热管理系统较传统汽车新增冷却板、电池冷却器、电子 水泵、电子膨胀阀、 PTC 加热器或热泵系统等，传统汽车热管理核心组件单车价值 量约为 2,300 元，新能源汽车提升热管理单车价值量至 7000 元左右，新能源汽车热 管理系统单车价值量约是传统燃油车的 3 倍左右。

我们预计钻石散热在新能源市场规模由 2025 年的 0.1 亿美元（渗透率 0.05%）， 增长至 2030 年的 52 亿美元（渗透率 10%）。根据前文全球新能源汽车渗透率及热管 理 ASP 的预计，结合我们对钻石散热在新能源汽车市场渗透率，由 2025 年 0.05%提 升至 2030 年 10%，我们预计钻石散热在新能源汽车市场规模由 2025 年的 0.11 亿美 元，增长至 2030 年的 52 亿美元。

（3）消费电子：我们预计钻石散热在消费电子市场规模由 2025 年的 0.16 亿美 元（渗透率 0.05%），增长至 2030 年的 38 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 197%。 AI 技术推动消费电子散热需求的增长。随着 AI 技术的加入，消费电子的算力 需求不断增加，相应的散热需求也显著提升。2023 年，全球智能手机出货量达到了 11.7 亿台，平板电脑为 1.3 亿台，电脑出货量为 2.5 亿台。根据 Counterpoint Research 的数据显示，预计到 2027 年，AI 手机的市场占比将达到 43%。目前，PC 散热器的 价值约为 100-200 元（包括 VC+风扇），高于早期 PC 散热器的价值（约 30-60 元， 热管+风扇）。我们认为，随着 AI 带来热功耗的增加，散热面积的扩大，消费电子散 热器 ASP 仍有望继续增长。

我们预计钻石散热在消费电子市场规模由2025年的0.16亿美元（渗透率0.05%）， 增长至 2030 年的 38 亿美元（渗透率 10%）。根据前文全球消费电子出货量及热管理 ASP 的预计，按照未来消费电子销量 CAGR 3%，结合我们对钻石散热在消费电子市 场渗透率，由 2025 年 0.05%提升至 2030 年 10%，我们预计钻石散热在消费电子市 场规模由 2025 年的 0.16 亿美元，增长至 2030 年的 38 亿美元。

（4）卫星通讯：我们预计钻石散热在卫星通信市场规模由 2025 年的 0.02 亿美 元（渗透率 0.05%），增长至 2030 年的 11 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 265%。 2024 年全球卫星通信设备市场规模为 379.4 亿美元。卫星通信设备的应用领域 广泛，涵盖了军事、航空、航天、海洋、交通、能源和通信等多个行业。据贝哲斯 咨询的数据，2024 年全球卫星通信（SATCOM）设备市场的规模预计为 379.4 亿美 元，并预计到 2029 年将增长至 918.8 亿美元。 钻石散热技术在卫星通信领域展现出显著优势。Akash Systems 通过钻石冷却技 术，彻底改变了卫星无线电的散热方式，实现了数据速率提升了 5 到 10 倍、增强了 卫星设备的可靠性、尺寸缩了 50%，有望为卫星提供前所未有的高分辨率和高光谱 图像。基于钻石散热的优异特性，我们认为未来该技术有望在卫星通信领域的渗透 率持续提升。

我们预计钻石散热在卫星通信市场规模由2025年的0.02亿美元（渗透率0.05%）， 增长至 2030 年的 11 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 265%。根据全球全球卫星 通信设备市场规模及预计，参考数据中心热管理比例，结合我们对钻石散热在全球 卫星通讯市场渗透率，由 2025 年 0.05%提升至 2030 年 10%，我们预计钻石散热在 消费电子市场规模由 2025 年的 0.02 亿美元，增长至 2030 年的 11 亿美元。

（5）无人机：我们预计钻石散热在无人机市场规模由 2025 年的 0.01 亿美元（渗 透率 0.1%），增长至 2030 年的 2.6 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 184% 2024 年全球无人机动力系统市场规模 61.7 亿美元。据 Mordor Intelligence 数据， 2024 年无人机动力系统市场预计将在 61.7 亿美元，预计 2029 年增至 81.9 亿美元， 2024-2029 年复合年增长率为 5.8%。无人机动力系统续航能力提升一直在业界关注 焦点。金刚石是极好的热导体并且对光透明，可以吸收产生大量热量的高密度激光 束，无人机仅需 1 分钟就能充满电，解决续航问题。

我们预计钻石散热在无人机市场规模由 2025 年的 0.01 亿美元（渗透率 0.1%）， 增长至 2030 年的 2.6 亿美元（渗透率 10%），年复合增速 184%。参考 R&M 对无人 机动力系统市场的预计，结合热管理系统占数据中心投入 20%左右，考虑到钻石技 术有望解决无人机核心的续航问题，技术成熟后有望大规模使用，热管理比重在无 人机中比例有望提升。结合我们对钻石散热在无人机市场渗透率，由 2025 年 0.1% 提升至 2030 年 10%，我们预计钻石散热在无人机市场规模由 2025 年的 0.01 亿美元， 增长至 2030 年的 2.6 亿美元。

（6）人形机器人：我们预计钻石散热在人形机器人市场规模由 2025 年的 3 万 美元，增长至 2030 年 1 亿美元，年复合增速 425% 人形机器人由于其复杂的结构、强大的计算能力和高密度的传感及执行系统， 对散热提出了更高的要求。特别是在高性能计算和高功率消耗的组件中，散热的效 果直接影响机器人的效率和可靠性。由于其复杂的结构和高功率需求，人形机器人 多个关键部件如中央处理单元（CPU）、电池管理系统、AI 处理单元和通讯模块等都 会产生大量热量。钻石散热技术凭借其卓越的热导性，能够有效将这些组件产生的 热量导出，确保机器人在高负荷、高计算量的运行环境中保持稳定性能，防止过热 导致系统不稳定。特别是在高功率计算、精密运动控制和长时间工作的需求下，钻 石散热提供了高效的热管理解决方案，提升机器人的运行效率、可靠性和寿命。

我们预计钻石散热在人形机器人市场规模 2030 年约 1 亿美元。相对于新能源汽 车，人形机器人对续航有着更高的要求，钻石散热不仅有助于提高续航，对于性能 提升也十分关键。参考新能源车热管理 ASP 7000 元人民币，我们预计人形机器人热 管理价值量与车相近，ASP 约 7000 元人民币，参考人形机器人量产后售价 2 万美金， 热管理约占人形机器人成本 5%。据特斯拉预计 2025 年 Optimus 人形机器人将超过 1000 个，结合 GGII 预测 2030 年全球人形机器人市场规模 200 亿美元，按照 2 万美 金一台计算，则 2030 年人形机器人销量预计为 100 万台。我们按照 2025-2030 年全 球人形机器人销量分别为 0.1/5/10/30/60/100 万台测算，结合我们对钻石散热在人形 机器人市场渗透率，我们预计钻石散热在人形机器人市场规模 2030 年约 1 亿美元（渗 透率 10%）。尽管这一数值相对较小，但考虑到人形机器人的应用前景，人形机器人 钻石散热市场有望随量产指数级增长。

综合以上分析，我们测算 2025 年钻石散热市场规模 0.5 亿美元（渗透率不足 0.1%），2030 年增长至 152.4 亿美元（渗透率 10.6%），复合增速 214%。随着高功 率处理能力的需求急剧增加，越来越多的设备需要处理和管理更高的功率负荷和能 量密度。钻石散热具有从源头解决散热问题、提升运算速度、节省能源和运营成本、 兼容风冷和液冷技术等诸多优势，成为新一代散热解决方案。我们认为随着钻石散 热产业链逐步成熟，渗透率有望呈现非线性增长。按渗透率 5%/10.6%/15%测算， 钻石散热市场空间分别为 72/152/217 亿美元。