電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 在AI算力狂飆的時(shí)代，芯片散熱問題成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。英偉達(dá)下一代Vera Rubin架構(gòu)GPU，將全面采用“鉆石銅復(fù)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(jì)算的迭代提速，芯片算力與功耗同步飆升。英偉達(dá)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(jìn)封裝，晶體管數(shù)量達(dá)3360億個(gè)，單芯片功耗最高突破2300W，芯片散熱壓力較前代呈幾何級(jí)增長。傳統(tǒng)銅散熱在這種高負(fù)荷下早已不堪重負(fù)，滿負(fù)荷運(yùn)行10分鐘核心溫度就觸達(dá)110℃過熱閾值，氧化老化導(dǎo)致3 - 5年就需更換，且熱脹冷縮特性無法貼合3納米級(jí)精密芯片，縫隙漏熱、漏電風(fēng)險(xiǎn)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(guān)鍵。黃仁勛頻頻聚焦鉆石銅散熱，是因?yàn)榻饎偸淬@石）作為第四代半導(dǎo)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(dǎo)率高達(dá)2000 - 2200W/(m·K)，是銅（約400W/(m·K)）的5倍，鋁的10倍以上。當(dāng)金剛石與銅結(jié)合，創(chuàng)造出熱導(dǎo)率高達(dá)950W/(m·K)的復(fù)合材料，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)封裝材料約200W/(m·K)的水平。這種復(fù)合材料不僅高導(dǎo)熱，而且熱膨脹系數(shù)可調(diào)，能夠與半導(dǎo)體材料良好匹配，顯著降低芯片工作過程中的熱應(yīng)力。

金剛石不僅熱導(dǎo)率高，還具有優(yōu)異的熱擴(kuò)散系數(shù)、良好的絕緣性與低介電常數(shù)。極高的熱擴(kuò)散系數(shù)使其能迅速響應(yīng)芯片局部熱點(diǎn)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(shí)，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(shí)，不會(huì)引入額外的寄生電容，對芯片高頻電信號(hào)的完整性影響極小，契合AI芯片高頻率運(yùn)行的需求。

英偉達(dá)的布局已初見成效。率先采用鉆石散熱技術(shù)的GPU實(shí)驗(yàn)顯示，AI及云計(jì)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(fù)合散熱方案，實(shí)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(dǎo)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(lǐng)域，深耕金剛石/金屬復(fù)合材料研發(fā)生產(chǎn)，破解了國外技術(shù)封鎖，成為國內(nèi)首家實(shí)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(dá)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(yīng)用方式，包括襯底型熱沉、帽蓋型熱沉等。在更前沿的技術(shù)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(shù)與硅芯片集成，或在寬禁帶半導(dǎo)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(lǐng)域，金剛石熱沉已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。近期，黃河旋風(fēng)研制出國內(nèi)可量產(chǎn)的最大8英寸熱沉片，計(jì)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(dǎo)體級(jí)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(lǐng)域的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。