全球科技巨头正以前所未有的速度布局钻石散热技术。英伟达率先在未发布的高端GPU中测试金刚石散热方案，性能是普通芯片的三倍；华为2023年10月与哈工大联合申请三维集成芯片专利，2024年12月再次申请金刚石散热层专利；Akash Systems获得美国《芯片与科学法案》1820万美元资助。开源证券研究报告指出，全球头部科技公司的密集布局正在将钻石散热从“实验室”推向“产业化”，钻石散热有望成为高算力时代的标配散热方案。
英伟达——钻石散热GPU性能提升3倍，温度降低60%
英伟达是AI芯片的绝对领导者，也是钻石散热技术的先行者。据Diamond Foundry官网披露，英伟达率先在未发布的高端GPU中采用金刚石散热方案进行测试实验，其性能是基于标准制造材料的普通芯片的三倍。钻石散热技术可让GPU计算能力提升2-4倍、温度降低60%、能耗降低40%。2024年11月，英伟达Blackwell处理器在高容量服务器机架中遭遇严重的过热问题——配备72颗处理器的服务器中，过热限制了性能并可能损坏硬件，每个机架功耗高达120千瓦。这促使英伟达加速探索新一代散热方案。三星的HBM3和HBM3E内存也曾面临过热问题，未能通过英伟达测试。钻石散热技术不仅解决GPU过热，还能解决HBM内存的散热瓶颈。Akash Systems“钻石冷却GPU”技术可降低GPU热点温度10-20摄氏度、风扇速度减少50%、超频能力提升25%、延长服务器寿命一倍。对于英伟达而言，钻石散热是突破热功耗瓶颈、延续“黄氏定律”的关键技术路径。
华为——2023-2024年接连公布钻石散热专利，坚定入局
华为在钻石散热领域的布局同样引人注目。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》。该专利通过混合键合方法实现硅和金刚石的高效集成，将芯片产生的热量快速导出、减少热阻，大幅提高芯片散热效率、性能和可靠性。2024年12月，华为再次申请公布“使用金刚石散热层的半导体器件”专利。该专利中，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。这种结构不仅增加金刚石散热层与钝化层的接触面积和结合力，还减小栅极与金刚石散热层之间沿厚度方向的热扩散距离，大幅提高半导体器件散热效率。华为在一年内接连申请两项钻石散热相关专利，覆盖三维集成芯片和半导体器件两个维度，体现了对钻石散热技术产业潜力的充分认可。华为布局钻石散热技术，有望在未来的高性能计算、5G通信、人工智能等领域广泛应用。
表4：全球钻石散热代表性布局事件| 时间 | 企业/机构 | 事件 |
|---|
| 2023年10月 | 华为+哈工大 | 申请“基于硅和金刚石的三维集成芯片混合键合方法”专利 |
| 2024年3月 | 化合积电 | 获贺利氏战略投资，用于大尺寸多晶金刚石量产线建设 |
| 2024年11月 | Akash Systems | 获美国芯片法案1820万美元资助（5000万税收抵免） |
| 2024年12月 | 华为 | 申请“使用金刚石散热层的半导体器件”专利 |
| 2024年 | 英伟达 | 率先在高端GPU测试钻石散热方案，性能提升3倍 |
Akash Systems与化合积电——从美国芯片法案到中国产业化
Akash Systems获得美国《芯片与科学法案》支持是钻石散热产业化的标志性事件。2024年11月，Akash Systems与美国商务部签署PMT，获得1820万美元直接资助和5000万美元联邦及州税收抵免。CHIPS法案通常为大公司提供资金，小公司和初创公司极少上榜，此次资助充分体现了美国政府对钻石散热前景的认可。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。中国方面，化合积电（厦门）半导体科技有限公司是国内钻石散热产业化的代表企业。2024年3月，化合积电获得贺利氏集团战略投资，用于大尺寸多晶金刚石量产线建设及新产品研发。公司已在厦门建设超3000平方米生产基地，是国内首家实现MPCVD技术规模化量产多晶金刚石的厂家，已拥有一系列成熟产品（金刚石热沉片、金刚石晶圆、金刚石窗口片等），热导率100-2200W/(m·K)。中美两国头部企业和科研机构的密集布局，正在共同推动钻石散热从“实验室验证”走向“规模化量产”，产业化“从0到1”临界点已经到来。
