从局部热点扩散、界面传热到液冷协同
01 AI芯片散热，难点不只是功耗增加
AI计算平台正向更高算力、更高集成度发展。以英伟达数据中心GPU为例，A100 SXM的最大功耗为400 W，H100 SXM提高到700 W。随着Chiplet、HBM和先进封装被集成在有限空间内，散热问题已经不能只用整颗芯片的平均功耗来衡量。
真实运行中的热量分布并不均匀。计算核心、缓存、互连和存储单元的负载不同，会在芯片内部形成局部热点；多芯粒和三维堆叠又增加了材料层数与界面数量，使热量向外传递的路径变窄。热点如果不能及时扩散，会导致芯片局部温度升高，进一步影响工作频率、能效和长期可靠性。
在高集成度封装中，非均匀功率密度、局部热点、受限的散热路径以及多层材料之间的界面热阻相互叠加，使芯片热量更难及时向外传递。
02 为什么考虑金刚石热扩散材料
铜和铝仍然是散热系统中成熟而重要的材料。问题在于，面对面积很小、功率密度很高的热点，热量往往还没有充分向周围扩散，就已经进入TIM、均热板或冷板。后端换热能力再强，芯片附近仍可能形成热量拥堵。
高品质CVD金刚石具有很高的热导率，优质材料可达到约2000 W/(m·K)以上，显著高于常用铜材。其快速导热和横向扩散能力，能够为AI芯片热点建立更高效的近端散热路径。
金刚石用于芯片散热时，优势主要体现在两个方向：一是沿厚度方向快速把热量从芯片表面导出；二是利用较强的面内热扩散能力，把集中在热点附近的热量摊开，扩大后续散热结构的有效换热面积。
03 方案的工作路径
从热源到环境，一条典型的散热路径可以概括为：芯片热点 → 界面层 → 金刚石热沉片 → TIM或连接层 → 铜散热器、均热板或液冷冷板 → 环境。
· 芯片端：热量首先从高负载计算区域和局部热点产生。
· 金刚石热沉端：把集中热量快速导出，并沿平面方向扩散。
· 界面端：通过表面处理、金属化、TIM或键合工艺降低接触热阻。
· 系统端：由铜翅片、均热结构或液冷系统完成最终换热。
这套结构并不是在传统散热器上简单增加一层材料，而是把高热导材料尽量布置在靠近热源的位置，先解决热点扩散，再由成熟的铜散热器或液冷系统把热量带走。
04 金刚石如何提升芯片散热效率
靠近热源，缩短热量传递路径
将金刚石热扩散片布置在靠近芯片热源的位置，可以缩短热点到高导热材料之间的距离。热量进入金刚石后，不再只集中向上通过一小块区域，而是迅速向周围扩散，为后续散热结构提供更大的有效换热面积。
相比把高导热材料放在散热链条末端，金刚石越接近芯片热点，越有利于在热量尚未积聚之前完成导出和扩散，从而改善芯片到散热器之间的整体传热路径。
与液冷协同，放大系统散热能力
在液冷系统中，冷板负责持续带走热量，金刚石热扩散层则负责先把芯片局部热点摊开。热量以更均匀的方式到达冷板后，冷却介质能够覆盖更大的有效换热区域，减少局部高温对系统性能和可靠性的影响。
金刚石与液冷解决的是散热链条中的不同环节：金刚石负责在芯片附近扩散热点，液冷负责将热量持续带出。两者协同，可以减少冷板具备换热能力、热量却无法高效到达冷板的情况。
05 让金刚石的高导热优势贯通整条路径
要把金刚石的高导热能力转化为实际散热效果，需要同时做好芯片、金刚石与后端散热结构之间的界面设计。通过高质量磨抛、表面处理、金属化以及合适的TIM或连接工艺，可以建立连续、稳定的传热通道。
一套可落地的金刚石散热方案，需要协同考虑以下因素：
· 金刚石热沉片的尺寸、厚度、平整度和表面粗糙度。
· 金刚石热沉片与芯片热点的相对位置。
· TIM的导热性能、厚度和长期稳定性。
· 金刚石表面的金属化体系及其附着力。
· 金刚石与芯片、铜散热结构之间的键合质量。
· 热循环、高温高湿等条件下的长期可靠性。
低温键合、金属化连接等技术正在不断改善硅与金刚石之间的界面传热能力，同时兼顾连接强度、热循环稳定性和高温高湿环境下的长期可靠性，为金刚石热管理材料进入芯片封装创造了更成熟的工艺条件。
因此，金刚石AI服务器芯片散热解决方案不仅关注材料热导率，也关注磨抛、金属化、键合和界面控制，让金刚石的材料优势真正转化为器件散热能力。
06 金刚石、TIM、铜散热器与液冷如何分工
完整的AI芯片散热系统通常需要多种材料和结构共同工作，各自承担不同任务。
07 从材料到可落地的散热部件
面向AI服务器芯片，金刚石热沉片的应用需要结合芯片尺寸、热点分布、封装形式、允许安装空间和后端冷却方式进行设计。不同芯片并不存在完全通用的金刚石尺寸和厚度，材料参数、界面工艺与系统结构需要同步匹配。
结语
AI芯片的散热压力，正在从平均温升转向局部热点、界面热阻和多层封装共同作用下的系统问题。仅提高风量或液体流量，并不能解决散热路径中的所有瓶颈。
金刚石AI服务器芯片散热解决方案的核心，是把高热导材料放在更靠近热源的位置，先导出并扩散局部热量，再交给TIM、铜散热器和液冷系统继续处理。它不是对现有散热系统的替代，而是对芯片近结散热能力的补强。
先材可提供金刚石+铜的AI散热解决方案
参考文献与资料链接
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