AI芯片高热流时代散热需求升级与金刚石材料产业化研究

摘要： 本报告分析了 AI 芯片在进入高热流密度时代后，传统铜基散热方案面临的物理瓶颈，并探讨了金刚石及金刚石铜复合材料作为下一代高性能散热方案的潜力。报告测算 2030 年全球金刚石散热片市场规模有望超 500 亿元，并分析了国内企业在人造金刚石产业链上的优势及功能化应用突破方向。

行业主线：

1. 散热需求升级：随着英伟达 Rubin 等下一代 GPU 功耗提升，热流密度迈向 500W/cm²，传统铜基材料（热导率 ~400W/m·K）及 Lidded 封装结构已接近性能天花板。
2. 金刚石材料优势：金刚石热导率可达 2000W/m·K 以上，且热膨胀系数与硅基芯片更匹配。金刚石铜复合材料凭借成本、工艺兼容性及导热性能（600-900W/m·K）有望率先实现产业化。
3. 技术路线演进：散热方案正由 Lidded 向 Lidless 演进，材料端由铜向金刚石铜、纯金刚石替代。

关键变化与分歧：

1. 供给结构错位：中国拥有全球 95% 的人造金刚石产量，但目前 90% 以上集中在传统结构性材料，高端功能化应用占比不足 10%。
2. 产业化节奏：短期看金刚石铜散热片因工艺兼容性更高而先行；长期看纯金刚石衬底具备更高性能上限，但制备难度（CVD 规模化、键合工艺）更高。

受益方向与风险：

1. 受益方向：具备大尺寸 CVD 金刚石制备能力、MPCVD 设备研发能力以及能快速切入 AI 芯片散热验证的国内超硬材料企业。
2. 核心风险：技术研发进展不及预期、材料成本难以降低导致需求受限、下游 AI 芯片落地场景拓展不及预期。