硅基金刚石赋能GPU/CPU先进热管理：面向下一代高算力芯片的散热技术探索

随着人工智能、大模型计算和高性能计算技术快速发展，GPU、CPU等高算力芯片正向更高功耗、更高集成度方向演进，芯片内部热流密度持续提升，局部热点问题日益突出。传统铜、铝等散热材料受限于热导性能，在高热流密度场景下逐渐面临性能瓶颈。金刚石凭借优异的热导率、低热膨胀系数和高可靠性，成为突破下一代高性能芯片热管理瓶颈的重要材料方向。然而，如何将金刚石的材料优势与成熟的半导体制造体系相结合，仍是其规模化应用需要解决的关键问题。

化合积电（CSMH）硅基金刚石技术通过先进薄膜生长工艺，在硅基衬底表面实现高质量金刚石材料沉积，将金刚石卓越的热传导能力与硅材料成熟的半导体制造生态相结合，为GPU、CPU及先进封装提供面向高算力时代的新型热管理路径。

硅作为半导体产业最成熟的基础材料之一，拥有完善的晶圆制造、加工、键合及封装技术体系。通过将金刚石与硅基结构结合，可进一步提升金刚石材料与现有GPU、CPU及先进封装架构的工艺适配能力。在先进封装领域，硅基金刚石可作为高效热扩散层（Heat Spreader）、芯片背面散热结构或热管理基板，通过优化热传输路径、降低热阻，为高功率芯片提供更加高效的散热支持。

硅基金刚石在GPU/CPU热管理中的应用价值

1. 提升高功率芯片热扩散能力

GPU和CPU高负载运行时会产生大量热量，计算核心、缓存及高速互联区域容易形成局部热点。若热量无法及时扩散，可能导致芯片温度升高、性能下降。

硅基金刚石利用金刚石优异的热导性能，可快速传导并扩散局部热量，将高热流密度区域的热量均匀导出至后端散热系统，有助于降低热点温度，提升高功率芯片的持续运行能力。

2. 支撑2.5D/3D先进封装发展

随着Chiplet及2.5D/3D先进封装技术发展，GPU、CPU与HBM等器件实现高密度集成，封装内部热源更加集中，热管理难度进一步提升。

硅基金刚石可应用于先进封装热管理结构，通过高效热扩散快速导出局部热点热量，并可与硅基中介层、封装基板等结构结合，为高密度芯片集成提供新的热传输路径。

3. 提升芯片运行可靠性

长期高温运行会影响半导体器件性能，并可能加速材料老化、电迁移及封装失效。

硅基金刚石通过提高热扩散效率、降低局部热积累，改善芯片温度分布，降低热应力影响，有助于提升GPU、CPU在数据中心、高性能计算及AI服务器等高负载场景下的长期运行稳定性。

面向未来AI计算的热管理新方向

随着AI模型规模持续扩大，GPU、CPU将进一步向更高功耗、更高集成度和更高算力密度方向发展。未来芯片性能的提升不仅取决于计算架构和先进制程，未来芯片性能的持续提升，不仅取决于计算架构和先进制程，也越来越依赖于热管理系统对不断攀升的热流密度进行高效传输与控制的能力。

金刚石凭借卓越的热传导性能，为突破传统散热材料的性能边界提供了新的可能；而硅基金刚石技术则进一步解决金刚石材料与硅基半导体体系之间的工程衔接问题，为其进入GPU、CPU及先进封装领域提供了新的技术路径。

化合积电（CSMH）持续聚焦金刚石材料研发及应用拓展，探索高功率、高热流密度场景下的热管理解决方案，推动金刚石材料与先进芯片及封装技术深度融合，为AI算力时代的GPU/CPU散热、先进封装及下一代高性能计算平台提供高性能、可靠的热管理材料支持。