【文/觀察者網(wǎng) 熊超然】

5月31日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)第十一屆博士生集體婚禮舉行。本次婚禮，學(xué)校為187對(duì)新人準(zhǔn)備了由朱嘉琦教授團(tuán)隊(duì)自主研制的1克拉“真心”鉆石制作成的鉆戒，為婚禮賦予了哈工大獨(dú)有的硬核浪漫。

據(jù)悉，這枚鉆石具有極高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。香港《南華早報(bào)》6月16日也報(bào)道指出，該團(tuán)隊(duì)采用的技術(shù)在理論上能夠制造出各種形狀和尺寸的高純度單晶金剛石，從婚慶首飾到寬度接近籃球直徑的晶圓均可實(shí)現(xiàn)。

這項(xiàng)技術(shù)被稱為微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD），它在超凈環(huán)境中生成碳原子，并將其逐層沉積在金剛石籽晶上。相關(guān)技術(shù)獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、中國(guó)專利金獎(jiǎng)及黑龍江省專利金獎(jiǎng)、日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)等國(guó)內(nèi)外獎(jiǎng)項(xiàng)。而這樣一項(xiàng)技術(shù)的影響力，遠(yuǎn)不僅僅體現(xiàn)在這些新人們的婚禮之上。

報(bào)道強(qiáng)調(diào)，隨著全球人工智能（AI）競(jìng)賽進(jìn)入算力主導(dǎo)的時(shí)代，中國(guó)正崛起為超大型人造金剛石的主要生產(chǎn)國(guó)，這種材料被日益視為解決半導(dǎo)體散熱問題的關(guān)鍵。

事實(shí)上，芯片性能日益受到散熱這一根本性物理難題的制約，而大尺寸單晶金剛石培育技術(shù)的一系列突破，可能賦予中國(guó)在下一代AI硬件領(lǐng)域取得意想不到的優(yōu)勢(shì)。

2025年7月9日，河南柘城的一家人造鉆石企業(yè)鉆石生產(chǎn)、銷售兩旺。河南柘城被譽(yù)為“鉆石之都”，官方數(shù)據(jù)顯示，柘城縣年產(chǎn)金剛石單晶60億克拉、金剛石微粉150億克拉。圖為人造鉆石成品吸引消費(fèi)者觀賞。 中新社發(fā) 王中舉 攝 IC Photo

今年1月，英偉達(dá)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在訪華期間，曾會(huì)見金剛石技術(shù)應(yīng)用材料供應(yīng)商——超贏鉆石科技創(chuàng)始人朱艷輝。

而在今年1月初于美國(guó)拉斯維加斯舉行的CES國(guó)際消費(fèi)電子展上，英偉達(dá)宣布將在其下一代GPU（圖形處理單元）中逐步淘汰傳統(tǒng)的散熱方案，這標(biāo)志著計(jì)算硬件發(fā)展進(jìn)入了新階段。

為了應(yīng)對(duì)AI領(lǐng)域快速增長(zhǎng)的能源與水資源需求，英偉達(dá)轉(zhuǎn)而采用一種結(jié)合了金剛石-銅復(fù)合材料與液冷技術(shù)的熱管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的人造金剛石，尺寸通常僅有幾毫米，而中國(guó)研究人員先是已成功將晶體尺寸提升至6英寸（15.2厘米），近期更進(jìn)一步提升至8英寸（20.3厘米）。

今年2月28日，中國(guó)首個(gè)超大型金剛石熱管理材料規(guī)?；虡I(yè)制造基地，在河南省長(zhǎng)葛市的黃河旋風(fēng)股份有限公司子公司——河南風(fēng)優(yōu)創(chuàng)材料技術(shù)有限公司正式投產(chǎn)。

這家歷史悠久的金剛石企業(yè)，同時(shí)也持有超贏鉆石科技的股份，目前正在生產(chǎn)8英寸金剛石均熱板，其直徑約20.3厘米，略小于標(biāo)準(zhǔn)24厘米籃球的直徑。

這種均熱板被設(shè)計(jì)安裝在芯片發(fā)熱最集中的區(qū)域上方，作為基礎(chǔ)導(dǎo)熱層發(fā)揮作用。對(duì)于那些在日益緊湊的空間內(nèi)集成數(shù)十億個(gè)晶體管的AI處理器而言，有效的熱管理正變得至關(guān)重要。

《南華早報(bào)》形容道，這項(xiàng)成果體現(xiàn)了中國(guó)科研與制造能力的廣泛協(xié)同，形成了涵蓋設(shè)備、材料、制造和應(yīng)用部署的完整本土產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

其中，哈工大提供了大部分底層技術(shù)，包括優(yōu)化MPCVD生長(zhǎng)工藝和提升晶體尺寸。與此同時(shí)，中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司（國(guó)機(jī)集團(tuán)）的一支金剛石工程團(tuán)隊(duì)攻克了業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期存在的一大難題——晶圓翹曲。

據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，工程師們通過優(yōu)化粉末配方及壓制工藝條件，將金剛石均熱板的變形控制在微米級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了與半導(dǎo)體器件的精密集成。

南京瑞為新材料科技有限公司則攻克了另一項(xiàng)關(guān)鍵難題——金剛石與銅的結(jié)合。由于化學(xué)相容性差，這兩種材料天生難以粘合。

在日復(fù)一日的試驗(yàn)、調(diào)試、改良之后，該團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出新型配比配方，創(chuàng)新采用表面金屬化改性與銅基合金化設(shè)計(jì)，將界面熱阻降低80%，讓金剛石與銅牢固粘在一起。

依托這些技術(shù)，河南碳真芯材科技有限公司的團(tuán)隊(duì)則實(shí)現(xiàn)了技術(shù)落地量產(chǎn)，讓這款國(guó)產(chǎn)芯片“散熱貼”徹底擺脫“實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品”的標(biāo)簽，將實(shí)驗(yàn)室原型轉(zhuǎn)化為可大規(guī)模生產(chǎn)的熱管理產(chǎn)品。

金剛石/銅散熱器件 河南碳真芯材科技有限公司

與此同時(shí)，中國(guó)制造商還開發(fā)出國(guó)產(chǎn)MPCVD設(shè)備，減少了對(duì)進(jìn)口系統(tǒng)的依賴，并建立起基本實(shí)現(xiàn)自主可控的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈。

隨著下一代AI加速器以及高密度計(jì)算集群功耗持續(xù)上升，AI產(chǎn)業(yè)正面臨迅速加劇的散熱挑戰(zhàn)。

國(guó)機(jī)金剛石市場(chǎng)支持中心總經(jīng)理陳宇鵬表示，當(dāng)前主流散熱材料銅的熱導(dǎo)率僅約400W/(m·K)，在高熱流密度下極易形成“熱淤積”，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致芯片翹曲、開裂乃至失效，成為算力升級(jí)的“絆腳石”。

誰能替代銅？中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)秘書長(zhǎng)孫兆達(dá)介紹，金剛石憑借2000—2200W/(m·K)的超高熱導(dǎo)率，以及與SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體高度匹配的熱膨脹系數(shù)，成為破解算力散熱瓶頸的最優(yōu)解。

而且，金剛石散熱器還具備與氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）高度匹配的熱膨脹特性，從而能夠降低機(jī)械應(yīng)力并提高可靠性。

隨著基于金剛石的散熱技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室逐步走向商業(yè)化應(yīng)用，其潛在應(yīng)用領(lǐng)域還包括AI服務(wù)器、芯粒（chiplet）封裝、氮化鎵電子器件以及高密度AI計(jì)算集群等。而憑借中方采用的這項(xiàng)技術(shù)，就能實(shí)現(xiàn)約10%的計(jì)算性能提升。

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