英伟达Rubin GPU采用钻石铜散热，解决芯片散热难题

电子发烧友网综合报道 在AI算力狂飙的时代，芯片散热问题成为制约技术发展的关键瓶颈。英伟达下一代Vera Rubin架构GPU，将全面采用“钻石铜复合散热 + 45℃温水直液冷”全新方案，为解决芯片散热难题带来了新的曙光。

随着AI大模型、云计算的迭代提速，芯片算力与功耗同步飙升。英伟达新一代Vera Rubin GPU堪称“算力巨兽”，它搭载第三代Transformer引擎，采用SoIC三维垂直堆叠先进封装，晶体管数量达3360亿个，单芯片功耗最高突破2300W，芯片散热压力较前代呈几何级增长。传统铜散热在这种高负荷下早已不堪重负，满负荷运行10分钟核心温度就触达110℃过热阈值，氧化老化导致3 - 5年就需更换，且热胀冷缩特性无法贴合3纳米级精密芯片，缝隙漏热、漏电风险突出。

在此背景下，钻石铜散热成为高端芯片突破“发热墙”的关键。黄仁勋频频聚焦钻石铜散热，是因为金刚石（即钻石）作为第四代半导体材料，具有卓越的热性能。天然单晶金刚石在室温下的热导率高达2000 - 2200W/(m·K)，是铜（约400W/(m·K)）的5倍，铝的10倍以上。当金刚石与铜结合，创造出热导率高达950W/(m·K)的复合材料，远超传统封装材料约200W/(m·K)的水平。这种复合材料不仅高导热，而且热膨胀系数可调，能够与半导体材料良好匹配，显著降低芯片工作过程中的热应力。

金刚石不仅热导率高，还具有优异的热扩散系数、良好的绝缘性与低介电常数。极高的热扩散系数使其能迅速响应芯片局部热点的温度变化，避免热量淤积，这对于处理单元高度集中的AI芯片尤为重要。同时，作为优良的电绝缘体，且具有较低且稳定的介电常数，金刚石在作为散热介质时，不会引入额外的寄生电容，对芯片高频电信号的完整性影响极小，契合AI芯片高频率运行的需求。

英伟达的布局已初见成效。率先采用钻石散热技术的GPU实验显示，AI及云计算性能提升3倍，温度降低60%，能耗降低40%。Vera Rubin GPU搭载的钻石铜复合散热方案，实现了“局部核心极致散热 + 全局液冷高效控温”的双重突破。

在产业发展方面，瑞为新材作为新一代高导热材料创新者及芯片系统性热管理解决方案提供商，聚焦芯片散热领域，深耕金刚石/金属复合材料研发生产，破解了国外技术封锁，成为国内首家实现该类材料批量供货的企业，其核心产品可适配英伟达Vera Rubin GPU、H200等高端芯片的散热需求。

目前，热沉片是金刚石散热的重要应用方式，包括衬底型热沉、帽盖型热沉等。在更前沿的技术路线中，可在芯片制造阶段将金刚石微通道或金刚石层通过晶圆键合技术与硅芯片集成，或在宽禁带半导体芯片上外延生长金刚石层。在射频功率放大器和激光二极管领域，金刚石热沉已实现商业化应用。近期，黄河旋风研制出国内可量产的最大8英寸热沉片，计划2月份投入量产。

钻石散热市场前景广阔，规模将从2025年的0.37亿美元暴涨至2030年的152亿美元，渗透率从不足0.1%提升至10%。而中国作为全球培育钻石核心产区，75%的培育钻石毛坯、70%以上的半导体级高纯度培育钻石均来自中国，为国产企业在钻石铜散热领域的发展提供了得天独厚的产业优势。