當下全球算力競爭日趨激烈
散熱已成為制約算力發展的
關鍵物理壁壘
金剛石具有超高的熱導率
是公認的散熱“終極材料”
但天然金剛石價格高昂
人工培育成為唯一可行路徑
十余年前
國內培育金剛石的
化學氣相沉積法（CVD）裝備
依賴進口
2013年12月31日
國內第一片依托自主研發的
微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）設備
及配套工藝合成的
單晶金剛石成功被“種”出
此后數年
裝備與工藝持續迭代
晶體尺寸穩步提升至6英寸、8英寸
實現全面國產化自主可控
今年2月28日
國內首條8英寸金剛石熱沉片生產線
正式投產
標志著我國大尺寸金剛石散熱材料
實現了規模化量產
為芯片量身定制“散熱貼”
即研發金剛石銅復合散熱材料
最大的技術難題
就是金剛石與銅的黏合
為突破這一技術關口
多地科研團隊開啟聯合攻堅
南京瑞為新材料科技有限公司科研團隊
成功研發出新型配比配方
將界面熱阻降低80%
讓金剛石與銅牢固粘在一起
與此同時
國機集團金剛石團隊
攻克板材翹曲的核心難題
將2英寸金剛石熱沉片的翹曲度
控制在10微米以內
誤差不超1毫米
徹底掃清了材料與芯片
無縫鍵合的最后障礙
最終
依托哈爾濱工業大學核心技術
河南碳真芯材團隊實現技術落地量產
這款國產芯片“散熱貼”
徹底擺脫“實驗室產品”的標簽
2026年
全球算力散熱體系
開啟新一輪迭代升級
金剛石銅復合材料
雖具備極速吸熱能力
若缺乏匹配的高端散熱系統加持
材料吸附的熱量無法及時排出
就會堆積在設備內部
不僅無法發揮超高導熱優勢
還會導致芯片降頻、設備損耗
材料優勢難以落地
近日
曙光數創推出的全球首個
MW級相變浸沒液冷整機柜C8000 V3.0
則攻克這一難關
完成材料與系統的完美適配
該項目首次規模化應用金剛石銅復合材料
在芯片硬件規格不變的前提下
可實現實測系統計算性能提升約10%
在高密度集群場景下
達到甚至超越國際主流水平
聯合攻關，破解超高密算力場景散熱困境
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創新故事丨給芯片敷上高效“散熱貼”
近日，曙光數創推出全球首款MW（兆瓦）級相變浸沒液冷整機柜及其基礎設施整體解決方案C8000 V3.0，成為算力基建新標桿。該技術首次實現金剛石銅導熱材料規模化應用，讓系統導熱率提升80%，助力芯片性能上漲10%。
當下，全球算力競爭日趨激烈，散熱已成為制約算力發展的關鍵物理壁壘。如何打破阻礙算力增長的“熱墻”？答案，就藏在一顆小小的人造金剛石中。
憑借超高的熱導率，金剛石是公認的散熱“終極材料”，導熱能力遠超傳統銅材。從1963年鄭州三磨所研制出國內首顆人造金剛石，到如今國產人造金剛石成功應用于芯片核心散熱環節，我國超硬材料已經完成從研發到高端應用的進階。
金剛石復合材料載片（南京瑞為新材料科技有限公司供圖）
“種出”散熱新基石
行業數據顯示，全國數據中心耗電量已連續8年同比增長12%，年用電總量遠超三峽大壩與葛洲壩發電量之和，其中芯片散熱是能耗最高的環節。
國機金剛石市場支持中心總經理陳宇鵬告訴科技日報記者，當前主流散熱材料銅的熱導率僅約400W/(m·K)，在高熱流密度下極易形成“熱淤積”，長期運行會導致芯片翹曲、開裂乃至失效，成為算力升級的“絆腳石”。
誰能替代銅？中國機床工具工業協會超硬材料分會秘書長孫兆達介紹，金剛石憑借2000—2200W/(m·K)的超高熱導率，以及與SiC、GaN等第三代半導體高度匹配的熱膨脹系數，成為破解算力散熱瓶頸的最優解。
由于天然金剛石價格高昂，人工培育成為唯一可行路徑，但其研發之路布滿荊棘。目前，國內外普遍采用高溫高壓法模擬地幔環境制備金剛石，但該方法產出的晶體形貌、尺寸與純度參差不齊，難以滿足半導體等高精領域需求。
“培育金剛石有點像種莊稼，需要‘種子’和‘養料’。”中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員江南用通俗的比喻，解釋了CVD（化學氣相沉積法）技術路線：以微小金剛石為籽晶、甲烷等含碳氣體為原料，在超高真空腔體中激發等離子體，讓碳原子逐層有序沉積，最終長成大尺寸高品質晶體。
十余年前，國內CVD裝備依賴進口。2012年，從海外歸國的江南毅然扛起攻關重任。“上百次失敗，每次都令人沮喪，設備頻繁故障，長出的材料發黑變質，根本稱不上晶片。”江南回憶起戰斗歲月，仍感慨萬千。
歷經一年多的日夜奮戰，2013年12月31日深夜，團隊迎來歷史性突破——國內第一片依托自主研發的微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）設備及配套工藝合成的單晶金剛石成功被“種”出。此后數年，裝備與工藝持續迭代，晶體尺寸穩步提升至6英寸、8英寸，實現全面國產化自主可控。
今年2月28日，國內首條8英寸金剛石熱沉片生產線在河南長葛風優創正式投產，標志著我國大尺寸金剛石散熱材料實現了規模化量產。
破解黏合難題
在河南碳真芯材科技有限公司展廳里，一枚僅1/4指甲蓋大小的芯片靜靜陳列。“這是我國科研團隊自主研發的金剛石銅復合散熱材料，一款為芯片量身定制的‘散熱貼’。”該公司研發總監蘇振華說。
看似輕薄的散熱材料，背后研發歷盡艱難。最大的技術難題就是金剛石與銅的黏合。“金剛石與銅的化學相容性極差，相遇會產生不浸潤現象，就像水滴落在荷葉上，根本粘不住。”陳宇鵬坦言，除此之外，金剛石熱沉片硬度很高卻脆性大，極易翹曲，即便勉強黏合，也無法與芯片無縫鍵合。
“讓金剛石與銅‘牽手’、與芯片‘貼合’，才是真正的硬骨頭。”陳宇鵬告訴記者，為突破這一技術關口，多地科研團隊開啟耗時數年的聯合攻堅。
金剛石/銅散熱器件（圖片來源：河南碳真芯材科技有限公司）
南京瑞為新材料科技有限公司的科研團隊潛心研究近三年，敏銳發現河南鉆石廠的廢棄細粒金剛石是突破口。這些不起眼的小顆粒，由于棱角豐富，可與金屬基材緊密咬合，正是破解黏合難題的關鍵原料。
日復一日的試驗、調試、改良，團隊成功研發出新型配比配方，創新采用表面金屬化改性與銅基合金化設計，將界面熱阻降低80%，讓金剛石與銅牢固粘在一起。
與此同時，國機集團金剛石團隊通過優化粉體配比與燒結溫控工藝，攻克板材翹曲的核心難題，將2英寸金剛石熱沉片的翹曲度控制在10微米以內，平整度堪比標準足球場，誤差不超1毫米，徹底掃清了材料與芯片無縫鍵合的最后障礙。
最終，依托哈爾濱工業大學核心技術，河南碳真芯材團隊實現技術落地量產，讓這款國產芯片“散熱貼”徹底擺脫“實驗室產品”的標簽。“我國占據全球95%的工業金剛石產能，為散熱技術突破提供了堅實底座。”孫兆達說。
搭載先進系統
2026年CES展會上，英偉達宣布下一代GPU將全面淘汰傳統散熱方式，改用“金剛石銅復合材料+液冷”全新散熱體系，正式開啟全球算力散熱體系新一輪迭代升級。
除了金剛石銅導熱材料的應用，曙光數創C8000 V3.0更通過對散熱、供電、控制與結構的系統性重構及多項技術突破，成為保障高功率芯片高速、穩定運行的關鍵支撐。
“智算中心已不可逆轉地邁入兆瓦級時代。”中國科學院院士、河南大學校長張鎖江表示，超高功率芯片持續迭代，算力密度大幅提升，單一散熱材料的優化，無法徹底解決高熱淤積難題，必須依托系統級技術革新形成完整散熱閉環。
金剛石銅復合材料雖具備極速吸熱能力，但依舊存在短板。若缺乏匹配的高端散熱系統加持，材料吸附的熱量無法及時排出，就會堆積在設備內部，不僅無法發揮超高導熱優勢，還會導致芯片降頻、設備損耗，材料優勢難以落地。
曙光數創推出的全球首個MW級相變浸沒液冷整機柜C8000 V3.0則攻克這一難關，完成材料與系統的完美適配。曙光數創資深技術專家黃元峰介紹，該項目首次規模化應用金剛石銅復合材料，在芯片硬件規格不變的前提下，可實現實測系統計算性能提升約10%，在高密度集群場景下達到甚至超越國際主流水平。
作為核心散熱載體，C8000 V3.0完美承接金剛石銅材料的導熱優勢，構建起“極速吸熱+高效排熱”的完整鏈路。其換熱效能是傳統方案的3至5倍，可快速帶走金剛石銅材料傳導的芯片核心熱量，杜絕熱量淤積。
材料突破實現熱量快速導出，系統創新完成熱量高效消散。這套“金剛石銅新材料+浸沒液冷新系統”的雙重賦能體系，從根源上破解了超高密算力場景的散熱困境，為國內智算產業提質增效、全球算力綠色升級提供了強勁支撐。
