AI算力散热材料:金刚石与碳化硅引领散热革命

算力爆发引发的“热危机”

随着AI大模型训练和推理对算力需求的持续提升，散热问题已成为制约产业发展的核心瓶颈。英伟达H100 GPU功耗约700W，Blackwell架构B300预计接近1400W，最新Rubin架构芯片功耗更是突破1500W，而传统数据中心CPU功耗不到300W。芯片功耗与热流密度指数级增长，导致传统风冷方案“无能为力”。

在AI数据中心端，服务器单机柜功率已普遍突破120kW，远超传统风冷有效功率密度上限20-50kW/柜。更严峻的是，芯片结温持续走高会触发硬件自动降频，导致算力大幅损失，甚至出现芯片失效等故障，大幅缩短AI服务器使用寿命。

金刚石：终极散热材料的产业化突破

性能优势：铜的5倍、铝的10倍

金刚石热导率高达2000-2300W/(m·K)，是铜（约400W/(m·K)）的5倍，铝的10倍以上。这意味着热量能以极高效率通过金刚石材料传递出去，显著降低芯片结温。同时，金刚石拥有极高的热扩散系数，能够迅速响应芯片局部热点的温度变化，避免热量淤积。

更重要的是，金刚石是优良的电绝缘体，具有较低且稳定的介电常数，在作为散热介质的同时不会引入额外寄生电容，契合AI芯片高频率运行的需求。

产业化进程：从实验室到规模化应用

2026年被业界认为是金刚石铜规模化应用的元年。在郑州国家超算互联网核心节点机房内，金刚石铜复合材料已实现全国首次规模化应用，使芯片模组传热能力提升80%，性能提升10%，温度反而降低5℃。

美国专注于金刚石冷却技术的企业Akash Systems在今年2月和3月先后实现了基于英伟达H200与超威半导体MI350X的金刚石冷却AI服务器出货。这标志着金刚石散热技术已从实验室迈入产业化应用阶段。

碳化硅：功率器件与散热双重增长机遇

碳化硅热导率达490-670W/(m·K)，热膨胀系数与芯片材料高度契合，被广泛应用于芯片封装散热。在数据中心端，碳化硅功率器件在AI服务器供电系统迎来大规模新应用场景。

机构预测，2025年数据中心电源市场规模或达75亿美元，预计到2030年将增长至141亿美元，年复合增长率约15.5%。其中基于碳化硅、氮化镓的高功率电源占比将从2025年的10%提升至约24%。

碳化硅作为散热基板在AI芯片的应用具有技术路径更短、需求更刚性、替代难度更低等特性，预计2028年起进入规模量产阶段。

A股上市公司积极布局

力量钻石：募资10.28亿加码金刚石功能材料

力量钻石6月10日晚间公告，拟将募投项目尚未使用的10.28亿元全部投入“金刚石功能材料生产研发建设项目”。公司依托自身HPHT、CVD金刚石领域的技术储备，致力于超前布局前沿科技。2026年一季度，公司实现净利润3597.56万元，同比增幅达147.1%。

四方达：散热片已进入小批量供货阶段

四方达生产的CVD金刚石散热片热导率在2000W/(m·K)以上，主要用于GPU散热。公司金刚石散热片已通过海外客户测试，验证进展符合预期，并进入小批量供货阶段。2026年一季报显示，公司实现营业收入1.84亿元，同比上升40.2%；归母净利润4292.89万元，同比上升25.66%。

黄河旋风：金刚石-碳化硅复合材料获重大突破

黄河旋风自主研发的“金刚石-碳化硅复合材料”取得重大阶段性成果，热导率突破700W/(m·K)，热膨胀系数低至2.6ppm/℃，与芯片硅衬底2.5ppm/℃的热膨胀系数高度匹配。该材料成功解决了高算力芯片散热与热匹配的核心痛点，标志着我国在高端半导体散热材料领域实现关键跨越。

晶盛机电：调整募投项目发力碳化硅零部件

晶盛机电6月4日公告，拟将剩余募集资金8.61亿元投资于“半导体装备精密零部件智能化生产项目”和“高端半导体设备碳化硅零部件产业化项目”。在碳化硅赛道，天岳先进在8英寸导电型衬底片的全球市占率达到51.3%，位居全球第一。

其他重点企业

中兵红箭：一季度营业收入17.4亿元，同比大增181.3%，净利润扭亏

国机精工、沃尔德、惠丰钻石等也在积极布局金刚石产业链

市场规模与未来展望

据华安证券测算，以美元对人民币汇率6.9计算，2032年全球芯片市场规模预计达到3.9万亿元。假设金刚石散热在AI芯片中渗透率分别达到5%-30%，同时金刚石散热价值量占比达到5%-10%，预计2032年全球金刚石散热市场规模有望达到97-1169亿元。

金刚石铜散热材料市场规模预计将从2023年的12.8亿美元增至2028年的34.5亿美元，年均复合增长率达21.7%。这一增长主要由两大核心驱动力支撑：AI电脑普及浪潮与芯片功耗持续攀升。

风险与挑战

尽管前景广阔，金刚石散热材料仍面临多重挑战：一是金刚石散热片售价较高，目前只能小批量应用在最顶级的算力场景中；二是金刚石功率器件仍处于实验研发阶段，尚未实现规模化量产；三是碳化硅作为中介层还面临加工难度大、制造成本高等核心瓶颈。

不过，随着规模效应逐渐显现，成本差距有望逐步拉平。

正如曙光数创副总裁张鹏所言：“未来金刚石将是算力芯片、数据中心的重要选项之一。”