金剛石目前正從“實驗室完美材料”走向“產業化初期的關鍵材料”。
隨著算力晶片功耗持續攀升、傳統散熱方案逼近物理極限，金剛石憑藉其超高熱導率、低膨脹係數與高絕緣性的組合性能，已從實驗室技術步入高端算力場景的商業化落地階段，成為散熱產業鏈關注的焦點。
金剛石從論噸賣的工業磨料，變成論“片”賣的“晶片散熱貼”。
晶片“高燒”不退，靠什麼降溫？
金剛石材料被業內公認為“終極散熱材料”。這一定位，並非資本或行業概念炒作，而是基於其遠超傳統材料的綜合物理性能優勢。更關鍵的是，這種優勢恰好精準匹配了高端算力晶片在精密封裝、高負載運行場景下的三大核心剛需，是目前已知材料中，唯一可同時覆蓋晶片封裝級、中間過渡層級、散熱模組級三層全鏈路散熱需求的方案，這是傳統散熱材料無法實現的不可替代價值。
中科曙光旗下曙光數創的資深技術專家黃元峰表示，僅通過使用金剛石銅複合材料，就給晶片帶來了中頻提升、溫度下降和可靠性大幅增強的明顯效果。
具體來看，金剛石材料具備超高導熱效率、優異的封裝適配性、穩定的材料綜合性能三個核心性能優勢，每個維度都針對性解決了傳統散熱材料無法破解的行業瓶頸。
作為散熱材料最核心的性能指標，金剛石的熱導率表現遠超傳統材料。中國銀河證券研究所機械行業首席分析師魯佩指出，在單晶片功耗超過1400W的極端場景中，傳統銅、鋁散熱材料的物理極限已被打破。金剛石憑藉其不可替代的熱學優勢，成為目前唯一可以在節點級、封裝級、模組級三層都發揮作用的散熱材料，市場估值潛力巨大。
除此之外，優異的封裝適配性也是金剛石被廣泛應用的原因。在半導體精密封裝場景中，散熱材料並非熱導率越高越好，熱膨脹係數與矽晶片襯底的匹配度是更關鍵的指標——如果二者的熱膨脹係數差異過大，晶片在長期高低溫循環運行過程中，會產生可觀的內部應力，導致散熱介面出現開裂、接觸不良等問題，進而迅速衰減散熱效果，甚至直接損壞晶片。
哈工大鄭州研究院研究員曹文鑫表示，金剛石/金屬複合材料的獨特優勢在於其熱膨脹係數是“可調”的。通過合理調控金剛石與銅的比例，可以將複合材料的熱膨脹係數控制在10×10⁻⁶/K以內，這與常見的半導體材料具有良好的相容性。
穩定的材料綜合性能，使得金剛石在極端惡劣的環境下也不易發生變形。即使在高電壓、高濕熱的複雜機房環境下也不會發生氧化、腐蝕等不可逆的化學變化，也不會因為長期持續的熱循環載荷產生機械變形。不過，金剛石在面對鐵、鋼、鎳和鎳基高溫合金時，化學穩定性會大幅下降，既可能發生溶解，也可能發生石墨化。因此，金剛石工具通常更適合加工陶瓷、玻璃、石材及有色金屬，而不適合直接用於加工黑色金屬。
值得注意的是，金剛石散熱技術並非替代現有風冷、液冷系統，而是“疊加式創新”，在不改變現有冷卻架構的基礎上，通過材料升級實現性能躍升與場景拓展。
多個應用場景拓展
隨著算力晶片需求迅猛增長，大型伺服器的散熱需求和強度也越來越高，金剛石卓越的導熱性引起業內關注。
GPU是當前金剛石散熱技術落地最成熟、商業化驗證最充分的算力場景。從技術邏輯層面，GPU的核心應用場景是AI大模型訓練和超算級平行計算，這類場景對晶片的持續滿負荷算力輸出有極高要求；而在高端GPU的散熱方案設計中，金剛石的核心作用是“熱擴散過渡層”——它能將晶片局部產生的極高熱量，快速均勻地擴散到整個散熱介面，再通過液冷等傳統散熱環節匯出。
從實際落地層面，行業多家頭部企業規模化驗證，節奏高度緊湊，加速落實金剛石的商業化應用。今年2月，輝達宣佈下一代GPU晶片將全面採用“金剛石複合材料+液冷”的全新散熱方案。兩個月後，其合作方Akash Systems宣佈，已向印度主權雲服務商交付全球首批搭載鑽石冷卻技術的輝達GPU伺服器。標誌著在全球範圍內，金剛石散熱技術首次正式部署於商用AI伺服器體系之中。
同年5月，台積電的實測驗證資料，進一步夯實了這一技術路線的行業可行性，在模擬高端AI晶片滿負荷運行、熱流密度達到800W/cm²的工況下，單晶金剛石散熱貼片可穩定將晶片結溫控制在85℃以內，熱阻較此前測試的碳化矽方案降低60%以上，且連續72小時運行無熱失效、無性能衰減。
北京科技大學新材料技術研究院教授李成明指出，AI算力能力不斷提升，晶片從平面變成立體，金剛石作為散熱材料就成了不可或缺的選擇。
ASIC作為特定算力任務最佳化的專用晶片，與GPU相比，ASIC的應用場景更集中、硬體迭代周期更長，對散熱方案的穩定性和成本效率要求也更嚴苛。此前，行業內有觀點認為，ASIC的單顆晶片功耗相對較低，且規模化應用對成本高度敏感，金剛石的性能溢價難以覆蓋其成本增量。從2026年的實際落地進展來看，金剛石在ASIC場景下的替代空間，比行業此前的預判要更樂觀。但目前，這一應用場景的商業化落地仍處於頭部驗證階段。
另外是人工智慧晶片的應用場景，除通用的GPU、ASIC之外的專用人工智慧晶片，如華為昇騰、GoogleTPU等。這類晶片的架構設計，是為了適配AI訓練和推理場景中的特定平行計算任務，其散熱需求特徵，與GPU、ASIC相比有顯著差異。而金剛石的應用場景，恰好覆蓋了這類晶片的核心散熱核心需求。
此外，金剛石散熱應用場景還在向通訊基站、雷達系統、航空航天電子器件等前沿領域滲透。這些對散熱要求極為苛刻的領域，相關企業和機構紛紛加大產線投資和裝置研發力度。
金剛石散熱產業鏈漸成型
隨著金剛石相關企業積極擴產，一條圍繞散熱而展開的產業鏈正在加速成型。
在金剛石散熱的產業鏈條中，上游裝置是決定材料產能上限的關鍵前提；中游是金剛石散熱產能鏈的價值核心環節，決定了金剛石散熱方案的成本下限和供給上限；下游則是晶片封裝和伺服器製造環節，是金剛石散熱產能鏈的落地終端。
對於產業上游裝置，國內企業在中低端裝置領域佔據絕對優勢，但高端裝置的技術壁壘仍主要由海外企業掌控。這一裝置端的技術差距，直接決定了中游產品的價值分層。國內企業的MPCVD（微波電漿體化學氣相沉積）裝置主要供應中低端市場，而高端半導體級金剛石熱沉片的生產裝置，幾乎完全依賴進口。這也意味著，國內中游企業的產能擴張，將長期受制於海外核心裝備供給的約束。
中游環節的供給增量，大部分來自國內頭部企業的產能擴張。但行業的技術分層明顯，不同企業的產品良率和成本差異大，整體產能的實際成熟度不足。
中南鑽石、國機精工等頭部企業也在加速推進差異化佈局。例如，中南鑽石的金剛石散熱單晶片已進入小批次量產階段，正在軍工類高端散熱場景中進行驗證；國機精工則依託自身的MPCVD裝置技術優勢，重點佈局高導熱熱沉片業務，核心供應對像是華為昇騰等國內高端AI晶片企業。
對於下游應用端，頭部企業完成供應鏈認證，封裝適配性成為關鍵瓶頸。
下游晶片封裝和伺服器製造環節，是金剛石散熱產業鏈的落地終端。其技術適配性和客戶驗證周期，直接決定了金剛石散熱方案的市場化節奏。而這一環節的行業格局，呈現出“頭部客戶高度集中、技術儲備高度封閉”的特徵，中小廠商的參與度極低。
但是，散熱片的需求仍在不斷增加。
河南四方達超硬材料股份有限公司董事長方海江表示，從散熱片的需求來說，目前的產能完全不能滿足市場需要。
據悉，多家金剛石生產企業正在對散熱業務產能進行擴張佈局。
方海江表示，公司最近又規劃了一個新廠，計畫明年年底之前建成投產。豫西集團中南鑽石有限公司技術中心副主任戚燕傑也提出，過去5年，公司已實現金剛石散熱單晶片銷售額1000萬元，未來五年銷售額將實現翻番。
此外，隨著需求量的增加，行業的標準也正在走向規範化。
今年1月，相關質檢機構發佈了金剛石散熱產品新的檢測標準，負責人介紹，這兩年金剛石散熱片的送檢數量成倍數增長。
國家磨料磨具質量檢驗檢測中心常務副主任肖騰表示：“我測的係數主要是兩個方面，金剛石的熱導率和熱膨脹係數。檢測量目前處於爆發態勢，市場上買方和賣方送檢數量都在提升。2025年的送檢量是2024年的五倍，2026年1月-4月的送檢量已經超過了2025年全年。”
如何降低成本？
成本是決定金剛石能否從“高端技術選型”轉向“行業通用方案”的核心變數，也是當前制約其產業化節奏的最主要原因。
“片”狀的金剛石“晶片散熱貼”研發成本高。金剛石散熱的研發成本，並非單純的材料配方或工藝技術研發投入，而是覆蓋了從材料合成、工藝適配、結構設計到伺服器級驗證的全鏈條技術投入。這一環節的壁壘極高，只有頭部算力和材料企業具備足夠的資金、技術和客戶資源支撐相關研發工作。所以，目前，金剛石散熱的初期應用場景，大多侷限於少數頭部算力企業。
此外，金剛石散熱片的量產級生產成本明顯高於傳統材料，降本路徑存在明顯約束。從成本構成觀察，2024年行業公開的CVD（化學氣相沉積）金剛石熱沉片生產成本結構中，原材料成本佔比約為45%，裝置折舊佔比約為35%，人工及其他營運成本佔比約為20%；其中，裝置折舊成本是最大的單項成本支出。這主要是因為，MPCVD高端裝置的採購價格極高，且這類裝置的維護成本也遠高於傳統裝置；更關鍵的是，受限於海外裝置的供給約束，國內企業的產能擴張速度難以快速提升，進一步放大了單位產品的折舊成本。
純金剛石散熱片的成本較高，而金剛石銅複合材料的成本相對較低，這是目前較為經濟適用的中間方案，國內已有智算中心規模化應用。
國機金剛石功能金剛石研究院院長陳宇鵬在接受媒體採訪時表示，銅金剛石的成本是金剛石的1/10到1/5，散熱效率是純金剛石的一半。今年預計銅金剛石（散熱片）就進入批產量產的階段。
據開源證券等機構預測，金剛石散熱市場規模預計從2025年0.5億美元增長至2030年152億美元，年復合增速214%。魯佩也表示，2025年到2026年，金剛石散熱片市場空間約為10億元等級；作為半導體賽道成長速度最快的新材料，估值水平有望達到50倍以上甚至更高水平。
金剛石目前正從“實驗室完美材料”走向“產業化初期的關鍵材料”，從軍工航天等高價值領域切入，逐步向高端民用市場滲透，最終目標是與半導體器件結合，進入廣闊的消費電子市場。 (半導體產業縱橫)