为AI芯片“续命”，中国人造钻石等来了大机会
AI这股热潮，不光带火了内存芯片，连上游的氦气、特种金属、变压器都跟着涨了一轮。更让人意外的是，连人造金刚石——也就是我们常说的人造钻石——价格也被AI给拉了起来。今年上半年，金刚石行业超过八成的企业都发了涨价函。
看起来“风马牛不相及”的金刚石，到底对AI有多重要？
AI芯片，还真得靠这项中国技术来“续命”。
01 散热能力就是算力
今年3月，英伟达在年度开发者大会上正式官宣：下一代GPU将采用Vera Rubin平台，单芯片功耗直接突破2300W，热流密度超过1000W/cm²。传统的铜铝散热方案已经触及物理极限，全面转向“金刚石-铜复合散热+液冷”方案。黄仁勋在现场还特别强调，这颗芯片不需要额外的冷却器来冷却。
黄仁勋展示的下一代GPU产品——包括一颗Vera CPU和两颗巨大的Rubin GPU
几乎同一时间，AMD也推出了搭载金刚石冷却系统的MI350X AI服务器。两大巨头不约而同地选定同一条技术路线，等于正式把金刚石推上了AI算力散热的标配核心位置。AI芯片散热，已经进入“材料革命”时代。
新技术的量产，必然会带动供应链的切换。这次，风口落在了金刚石行业头上。那么，为什么英伟达和AMD要同时改散热路线？在回答这个问题之前，得先搞明白一件事：散热对芯片算力的影响到底有多大？
举个例子，用手机玩游戏或者刷视频，时间一长机身就会发烫。散热跟不上，屏幕就会变暗，游戏开始疯狂掉帧。再不让手机冷静下来，高温警告一弹，就直接强制关机了。“高温”决定了手机的使用上限，而对于每一枚AI芯片来说，它背后那滚滚热浪，同样决定着AI算力的上限。
AI大模型训练的本质，是规模空前的并行计算。今天高端芯片的热设计功耗已经迈入1000W甚至1200W的千瓦级时代，第三代半导体器件的热流密度更是突破了500W/cm²。可以想象一下：把1000W以上的发热功率，全部集中在指甲盖大小的芯片上——单位面积的发热量，比火箭发动机喷口的热流密度还要高。
功耗高达8000W的英伟达Blackwell B200平台
大家用手机都怕突然变烫，芯片更怕烫。一旦温度过高，芯片就会触发降频保护机制，自动降低频率来减少发热。芯片一发烧，算力就要打折扣。数据表明，温度每升高10℃，芯片性能损失约3%～5%；如果工作温度在70～80℃区间，温度每升高2℃，性能就会降低10%。芯片测试时通常是针对单个芯片，但在AI大规模运算中，往往是把数千个计算核心集成到很小的体积内，热量以指数级速度积累。大量热量包裹在芯片周围排不出去——每一个机柜内部，都是一座火焰山。
超算中心里装满芯片的柜子
更要命的是，高温还会大幅缩短半导体器件的寿命。芯片领域有一个“10度法则”：在芯片正常工作温度范围内，温度每升高10℃，运行寿命就减少一半。在大型超算中心，一台AI服务器造价高达数十万甚至上百万元，过早报废会直接推高成本和开支。可以说，散热能力就是算力，散热是为AI“续命”。
在金刚石登场之前，主流散热技术路线主要是风冷、液冷和被动散热。风冷靠风扇吹拂散热鳍片带走热量；液冷利用液体的高比热容和高导热系数；被动散热则依赖高导热材料、热管和相变材料等无源方式。这些方式都有各自的短板，很难满足AI芯片的散热要求。为了降温，各家企业也是奇招频出——微软直接把服务器沉到海里，利用常年10～15℃的海水带走热量；腾讯则依托贵州特有的喀斯特山体，开凿出山洞机房，山体厚达上百米，洞内常年保持18～22℃恒温恒湿，相当于一个天然的巨型保温冷库。
腾讯七星数据中心
最终，各大厂商的目光还是锁定在了金刚石上。
02 超级导热能力
一说起金刚石，大多数人首先想到的是“最硬”。其实在散热领域，金刚石同样拥有天然的超级导热能力。它是目前已知导热性能最好的材料——2000～2200W/(m·K)的导热率，是铜的5倍，铝的8倍，碳化硅的4倍，硅的13倍。
几种人造金刚石
这种优势在极端场景下表现得更为惊人。在实验室环境中，使用全金刚石基的微通道散热器，已经成功实现了10000W/cm²的超高热流密度散热。相比之下，芯片满载瞬间的局部热点都显得有点“弱爆了”。
金刚石还有一个天然优势：它的热膨胀系数与硅、碳化硅等主流半导体材料高度匹配。芯片工作时冷热交替，体积会像呼吸一样轻微热胀冷缩。如果散热材料的膨胀程度和芯片不一致，两者之间会产生巨大的应力，最终导致芯片翘曲或焊点开裂。金刚石与硅同属一族，能跟芯片实现热胀冷缩中近乎完美的“同步呼吸”，显著提高散热界面的可靠性和稳定性。
金刚石硅复合散热基板
另外，金刚石在散热领域的降维打击，还在于它绝佳的绝缘性。铜、铝等金属导热能力虽然好，但同时也是电的优良导体，无法直接接触芯片内部的微小电路，否则会引发短路。所以在被动散热中使用金属散热器时，中间必须垫一层导热膏或导热垫片来做电气隔离。而金刚石本身就是优良的电绝缘体，可以直接紧贴芯片做到“肌肤相亲”式的吸热，完全不用操心电气干扰。对于追求极致信号完整性的高频AI芯片来说，这一优势至关重要。
除了以上这些，金刚石本身稳定的物理化学性质和反应惰性，也让它能在极端环境中保持稳定。
MSI公布的新一代散热架构
当然，任何散热技术光靠材料本身的优良特性是远远不够的，还必须和其他技术协同，创造出1+1>2的效果。英伟达的H200 GPU采用金刚石-碳化硅复合材料，峰值算力提升40%，且没有降频。金刚石散热与液冷技术协同应用，能将GPU的热点温度降低10～20℃，实现25%的超频，算力可以比传统散热方案提升3倍。在AI芯片领域，金刚石散热技术已经是不二之选。
03 中国金刚石独步全球
需要说明的是，散热用的金刚石不是天然宝石。天然金刚石纯度往往不够，有的甚至包裹了微量挥发物质，一受热就会爆掉。所以必须用纯度更高、更完美无瑕的人造金刚石。说起人造金刚石，这跟中国的关系就大了。正解局在《钻石卖不动了！商业史上最大“骗局”，被河南戳破了》一文中介绍过，中国的人造金刚石产业全球第一。2025年，我国人造金刚石产量已占全球总产量的95%，其中工业级金刚石产销量均占全球90%以上，行业总产值突破170亿元软妹币。凭借压倒性的生产能力，中国占据着全球市场的绝对主导地位。
中国人造金刚石生产供需数据
不只产量大，在人造金刚石的制造技术上，中国也在大踏步向前。2025年，吉林大学与中山大学合作合成出高品质六方金刚石块体，硬度较传统立方金刚石提升40%，热稳定性超过1100℃，为极端环境应用创造了新可能。在散热技术领域，中国同样在寻求突破。2023年，华&为与哈尔滨工业大学、厦门大学合作开发出硅/金刚石三维集成芯片混合键合技术，可使芯片最高结温降低24.1℃，为AI芯片的直接热集成打通了产业化路径。去年9月，西安电子科技大学郝跃院士团队实现了氧化镓与多晶金刚石的高效键合，界面热阻降低至传统技术的约1/10（仅2.82mm²·K/GW），为高功率电子器件散热提供了全新思路。
我国的金刚石产业发展多年，形成了成熟的产业集群，不仅包括金刚石产品研发、大规模生产和销售，还形成了从原料合成到高端制品的完美闭环。
能提供高温高压的人造金刚石培育装置
这个闭环之上，最大的“中国特色”是巨大的价格优势。中国的人造金刚石把1克拉珠宝级培育钻石的零售价，从2020年的8000元打到了现在的3500元，批发价低至1800元。这样的价格在国际市场上毫无对手。据预测，2030年全球AI芯片市场规模将达到3万亿元，随之而来的金刚石散热市场有望提升至1500亿元。当然，除了芯片散热，在新能源汽车、5G/6G基站、轨道交通等高功率芯片领域，金刚石散热技术同样会迎来巨大的增量市场。
目前，全球95%的人造钻石产自中国，美国99%的工业钻石依赖中国进口。有成熟高效的产业链，有可推广的技术能力，再加上新型散热技术研发的科研助力——中国在人造金刚石领域的优势，不仅能带来可观的收益，更会在芯片散热领域建立起中国的话语权。今年初，马斯克在访谈中预言：电力优势会让中国在AI时代一骑绝尘——没有电，再高端的芯片也只是沉默的硅晶。他还没说的是，支撑中国AI算力的，除了电力，还有变压器、共封装光学（CPO）、印制电路板（PCB），以及我们今天聊的人造金刚石。在AI时代，中国所拥有的全世界最完整的工业制造体系，会越来越展现出惊人的新技术适配能力，持续在AI产业链上强链补链。这才是中国面对AI技术最大的底气。
