近日，美國麻省理工學(xué)院研究團隊給氮化鎵芯片嵌入一層超薄單晶金剛石，突破了高功率無線芯片散熱瓶頸，并制備出性能創(chuàng)紀錄的無線功率放大器，此事引起廣泛關(guān)注。
記者注意到，隨著AI算力快速發(fā)展，人工智能數(shù)據(jù)中心（AIDC）和AI算力芯片的散熱成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展新瓶頸，金剛石（及金剛石復(fù)合材料）、碳化硅（SiC）等新材料以及由此制備的新器件成為產(chǎn)業(yè)“剛需”和資本市場關(guān)注焦點，力量鉆石、晶盛機電等多家A股上市公司積極加碼布局。
AI算力爆發(fā)引發(fā)“熱危機”
隨著AI大模型訓(xùn)練、推理對算力需求持續(xù)提升，散熱成為芯片設(shè)計、智算中心等領(lǐng)域高頻提及的關(guān)鍵詞。
“芯片功耗與熱流密度指數(shù)級增長、機柜功率密度大幅躍升、數(shù)據(jù)中心PUE（電能利用效率）管控標準持續(xù)收緊，都導(dǎo)致傳統(tǒng)的散熱方案開始失效。”對此，有半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士表示，AI算力爆發(fā)正在引發(fā)“熱危機”，帶動散熱材料技術(shù)革命。
在芯片端，更高的算力密度、更復(fù)雜的封裝，正在導(dǎo)致單芯片功率激增。以英偉達GPU為例，英偉達H100 GPU的功耗約700W，Blackwell架構(gòu)B300預(yù)計接近1400W，最新的Rubin架構(gòu)芯片功耗預(yù)計突破1500W。對比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心CPU不到300W的功耗，AI芯片發(fā)熱強度提升數(shù)倍，傳統(tǒng)風(fēng)冷方案已經(jīng)“無能為力”。
有數(shù)據(jù)顯示，芯片結(jié)溫持續(xù)走高，會觸發(fā)硬件自動降頻，算力大幅損失，還會出現(xiàn)芯片失效等故障，從而大幅縮短AI服務(wù)器使用壽命。
在AIDC端，AI服務(wù)器單機柜功率因算力密度升級，已普遍突破120kW，大幅超過傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱的有效功率密度上限20—50kW/柜，給AIDC帶來局部過熱風(fēng)險。與此同時，政策對數(shù)據(jù)中心PUE的要求不斷提升，也迫使業(yè)界不斷尋求更優(yōu)的散熱方案。
此外，先進封裝和第三代半導(dǎo)體用量提升，也放大了芯片散熱的痛點。在Chiplet、2.5D/3D先進封裝結(jié)構(gòu)下，多層芯片垂直堆疊導(dǎo)致層間積熱、熱串擾問題嚴重，傳統(tǒng)平面散熱結(jié)構(gòu)無法穿透多層芯片導(dǎo)出內(nèi)部熱量。碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于功率器件，高壓高頻下單位面積發(fā)熱量遠超硅基芯片，對散熱基板、導(dǎo)熱材料提出新需求。
金剛石、碳化硅助力破解散熱困局
過去幾年，AI算力的熱管理主要集中在AIDC端，催生出風(fēng)冷、液冷、浸沒式等整機散熱方案。隨著芯片向更高功率密度迭代，業(yè)界開始從芯片底層材料端尋求散熱的更優(yōu)解。
“AIDC端解決的是‘如何把整機熱量帶走’，現(xiàn)在芯片端要解決的是‘如何把芯片內(nèi)部熱量更快傳導(dǎo)出去’。”上述半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士表示，從這個維度看，具有超高熱導(dǎo)率的金剛石、碳化硅等材料，有望成為半導(dǎo)體行業(yè)青睞的新型導(dǎo)熱材料。
在近日的2026第十屆集微大會主峰會上，中國科學(xué)院院士徐紅星表示，金剛石憑借極致的散熱優(yōu)勢，有望破解AI算力的散熱難題，同時在光學(xué)級和芯片級等新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用，解鎖產(chǎn)業(yè)發(fā)展新可能。
金剛石熱導(dǎo)率約是銅的5倍、鋁的10倍。中國銀河證券認為，隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入2nm制程競爭階段，芯片功率密度與發(fā)熱強度同步攀升，CVD多晶金剛石憑借優(yōu)越導(dǎo)熱性能，是AI高算力時代的絕佳散熱方案。
目前，金剛石作為散熱襯底、熱沉片，已經(jīng)進入商業(yè)化落地階段，多家公司披露實現(xiàn)批量供貨。不過，金剛石功率器件目前仍處于實驗研發(fā)階段，尚未實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)。
依托高壓耐受、高頻低損、高導(dǎo)熱等多重特性，碳化硅在AI時代迎來“功率器件+散熱”雙重增長機遇。
在數(shù)據(jù)中心端，碳化硅功率器件在AI服務(wù)器供電系統(tǒng)（服務(wù)器電源PSU、固態(tài)變壓器SST）迎來大規(guī)模新應(yīng)用場景。機構(gòu)預(yù)測，2025年數(shù)據(jù)中心PSU市場規(guī)模或達75億美元，預(yù)計到2030年將增長至141億美元，年復(fù)合增長率約為15.5%。其中，基于碳化硅、氮化鎵的高功率PSU占比將從2025年的10%提升至約24%，市場規(guī)模約為33.84億美元。
在AI算力芯片封裝和散熱領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)InSemi Research高級分析師洪源認為，碳化硅作為散熱材料（比如散熱基板）在AI芯片的應(yīng)用具有技術(shù)路徑更短、需求更剛性、替代難度更低等特性，預(yù)計2028年起進入規(guī)模量產(chǎn)階段。碳化硅作為中介層，在導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)匹配上優(yōu)勢突出，但當前行業(yè)還面臨加工難度大、制造成本高等核心瓶頸。
上市公司搶抓“熱機遇”
瞄準散熱材料產(chǎn)業(yè)爆發(fā)機遇，多家A股上市公司從上游材料、中游器件制造、下游應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)積極加碼布局，力量鉆石就是其中之一。
6月10日晚間，力量鉆石披露變更部分募集資金投資項目的公告，公司擬將募投項目“商丘力量鉆石科技中心及培育鉆石智能工廠建設(shè)項目”尚未使用的募集資金10.28億元，全部投入新項目“金剛石功能材料生產(chǎn)研發(fā)建設(shè)項目”。
對于變更募投項目，力量鉆石表示：金剛石散熱材料屬于前沿科技領(lǐng)域，符合系統(tǒng)布局原創(chuàng)性、顛覆性技術(shù)攻關(guān)政策支持范疇；公司致力于超前布局未來前沿科技和技術(shù)攻關(guān)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展浪潮，依托自身在HPHT（高溫高壓法）、CVD（化學(xué)氣相沉積法）金剛石領(lǐng)域的技術(shù)儲備及區(qū)位產(chǎn)業(yè)配套優(yōu)勢，新募投項目有利于優(yōu)化公司產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，提高公司產(chǎn)品競爭力。
記者梳理發(fā)現(xiàn)，除了力量鉆石，黃河旋風(fēng)、四方達、中兵紅箭、國機精工、沃爾德等上市公司，也在布局金剛石產(chǎn)業(yè)鏈。
在碳化硅賽道，中國公司已經(jīng)構(gòu)建了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，導(dǎo)電型碳化硅襯底片出貨規(guī)模居全球首位，并突破了8英寸襯底片的穩(wěn)定量產(chǎn)技術(shù)，進入到12英寸襯底片研發(fā)階段。其中，根據(jù)日本富士經(jīng)濟2026年3月產(chǎn)業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)，2025年天岳先進在8英寸導(dǎo)電型襯底片的全球市占率達到51.3%，位居全球第一。
受AI算力需求拉動，今年以來英飛凌、意法半導(dǎo)體已對碳化硅襯底片完成兩輪漲價，國內(nèi)廠商同步上調(diào)產(chǎn)品售價，產(chǎn)業(yè)鏈公司持續(xù)加碼產(chǎn)能。
最新的案例是，6月4日，晶盛機電披露，公司擬將“12英寸集成電路大硅片設(shè)備測試實驗線項目”募集資金投資總額調(diào)整為1.78億元，并將該項目剩余募集資金及已終止項目“年產(chǎn)80臺套半導(dǎo)體材料拋光及減薄設(shè)備生產(chǎn)制造項目”剩余募集資金合計8.61億元（含利息及理財收益），投資于新項目“半導(dǎo)體裝備精密零部件智能化生產(chǎn)項目”和“高端半導(dǎo)體設(shè)備碳化硅零部件產(chǎn)業(yè)化項目”。
