金刚石与液冷系统协同赋能，构筑算力数据中心热管理全新体系

全球数字经济产业高速扩张，数据中心作为承载全域数字化业务运行的核心算力基础设施，发挥数字枢纽的关键作用。伴随人工智能、云计算等高性能算力业务需求爆发式增长，传统散热架构的换热性能已触及材料固有物理上限，芯片高温热障逐步成为约束算力集群持续扩容的核心阻碍。在此行业背景下，金刚石功能材料与液冷换热技术实现融合创新，以全新协同换热架构重塑数据中心全域热管理技术体系，掀起算力基础设施散热技术革新。

传统风冷换热体系依托空气对流完成热量置换，空气介质自身比热容与导热系数偏低，换热能力存在天然短板。当芯片局部热流密度突破 100 W/cm² 时，风冷方案已无法匹配高热负荷散热指标。芯片局部热积聚引发的热失控问题，不仅会降低设备运算效率、缩短服务器硬件服役周期，还会直接威胁数据中心集群长期稳定运行。

液冷换热技术应运而生，借助液态介质与热源直接或间接接触完成热量传递，综合换热效率为空气介质的 1000-3000 倍。其中浸没式液冷方案将整机服务器浸入绝缘冷却液内部，热量回收效率接近 100%；冷板式液冷依托内部微通道结构与芯片热源紧密贴合，精准疏导芯片局部高热流区域积聚热量。天然金刚石室温热导率可达 2200 W/(m・K)，导热性能为纯铜的 5 倍、金属铝的 10 倍，相较商用主流高导热基材氮化铝高出近 4 倍。金刚石薄膜、金刚石基复合材料等多元化制品形态，在保留超高导热系数的基础上，兼具优良机械刚性与可加工成型特性。对照试验数据表明，仅在芯片表层沉积 100 微米厚度金刚石导热层，即可实现热点温度下降 30-50℃，该近结高效均热能力，是解决三维堆叠封装芯片层间热堆积难题的核心技术支撑。

将金刚石高导热基材与液冷换热体系有机结合，推动数据中心热管理技术完成从性能小幅优化到体系跨越式升级的质变。二者协同换热架构的核心逻辑为搭建多层级热量传导通路：金刚石材料负责快速横向均摊芯片内部集中热量，液冷系统承接纵向传导热量并完成高效向外耗散。

热界面材料应用维度：金刚石基复合导热介质可将芯片与冷板之间界面接触热阻降低 60% 以上。该复合材料兼顾金刚石超高导热优势，依托金属相变形变适配芯片表面微观凹凸结构，实现界面完全贴合。采用金刚石改性热界面材料后，CPU 与冷板之间温差由传统硅脂介质的 15℃缩减至 5℃以内。金刚石材料同步推动冷板式散热构件完成结构迭代升级。

微通道冷板内壁镀覆金刚石防护薄膜，一方面提升基材耐介质腐蚀性能，延长整套液冷设备服役周期；另一方面金刚石表层超疏水特性可降低流体管路流动阻力 20%，减少循环泵组能耗损耗。依托激光微纳加工工艺在金刚石基板制备复合微结构，能够大幅提升换热比表面积，强化液体沸腾换热效应，局部换热系数提升 3-5 倍。

面向浸没式液冷工况，粒径 10-100 纳米金刚石微颗粒分散于冷却液内部，可诱发流体内部微对流，打破近壁面热边界层，强化湍流换热混合效果。同时金刚石颗粒可作为相变沸腾核心成核位点，有效降低液体沸腾过热度，促使相变散热在更低温度区间启动。相关试验数据证实，冷却液内添加体积分数 0.1% 纳米金刚石颗粒，氟化液沸腾换热系数可提升 40% 以上。

金刚石材料与液冷技术的融合落地仅是数据中心散热体系革新的起点。伴随材料科学、流体力学、智能算法多学科交叉技术持续迭代，下一代算力散热系统将向自适应、智能化调控方向持续演进。在算力资源成为数字产业核心生产要素的行业环境下，金刚石与液冷深度融合的协同换热方案，并非仅用于降低芯片运行温度的单一工程手段，更是充分释放硬件算力潜力、支撑数字经济低碳可持续发展的基础性技术突破。

化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石 (晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石 (热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂) 和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G 基站、大功率 LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。