當(dāng)前，科技企業(yè)為承載新一代人工智能（AI）模型，正加速布局?jǐn)?shù)據(jù)中心建設(shè)，這一過程中電能消耗呈快速增長態(tài)勢。然而，這些電能并未完全投入計算工作，多數(shù)能量都轉(zhuǎn)化為無用熱量，從芯片上數(shù)以萬計的晶體管中散發(fā)出來。這種情況不僅造成大量能源浪費，還會顯著降低芯片的運行效率、縮短其使用壽命，給數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運營帶來嚴(yán)峻考驗。

Diamond Foundry 的電氣工程師 R. Martin Roscheisen 透露，芯片領(lǐng)域存在一個較少被提及的問題：超過一半的能量以晶體管泄漏電流的形式浪費掉。為了應(yīng)對這一問題，Roscheisen 與其他工程師團隊正探索一項創(chuàng)新技術(shù) —— 將微小的合成金剛石顆粒嵌入芯片內(nèi)部，以此強化散熱效果。金剛石不僅是已知最硬的材料，它的導(dǎo)熱性能也異常出色。布里斯托大學(xué)物理化學(xué)家Paul May指出，金剛石的導(dǎo)熱能力比銅強幾倍，而銅通常用作芯片散熱器的材料。

金剛石之所以具備出色的導(dǎo)熱性，核主要得益于其原子結(jié)構(gòu)：每個碳原子與四個鄰近的碳原子緊密結(jié)合，形成堅固的晶格結(jié)構(gòu)，這種強力的鍵使得熱量能夠有效地通過晶體傳遞。實際上，許多高端電子產(chǎn)品已經(jīng)開始采用金剛石熱擴散器，未來PC和智能手機的處理器也可能會配備這種散熱技術(shù)。

為推動該技術(shù)落地商用，Roscheisen 所在的公司正全力研發(fā)單晶金剛石層，并將其貼合在硅基芯片的底部。相較于多晶金剛石層，單晶金剛石層的導(dǎo)熱效率更高，但生產(chǎn)工藝更復(fù)雜、成本也更高。與此同時，隸屬于戴比爾斯集團（De Beers）的 Element Six 公司，也將金剛石應(yīng)用于計算機芯片散熱領(lǐng)域。該公司近年推出了一款創(chuàng)新的銅 - 金剛石復(fù)合材料，其導(dǎo)熱性能不僅優(yōu)于純銅，成本還比純金剛石更低。Element Six 業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人 Bruce Bolliger 指出，這種復(fù)合材料能提供最優(yōu)的熱管理方案，有助于提升芯片的性能并延長其使用壽命。

斯坦福大學(xué)電氣工程師 Srabanti Chowdhury 同樣在借助金剛石技術(shù)，研發(fā)更高效的計算機芯片。傳統(tǒng)提升芯片運算速度的思路是縮小晶體管尺寸，并在硅片上集成更多晶體管，但隨著物理極限逐漸逼近，這種方法已陷入瓶頸。為突破這一限制，Chowdhury 團隊嘗試用多晶金剛石層實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。與單晶金剛石相比，多晶金剛石的制造難度更低，但在水平方向的導(dǎo)熱性能較弱，這使其在大規(guī)模芯片應(yīng)用中面臨一定阻礙。

此外，金剛石通常需要在超過1300華氏度的高溫下生長，這對硅基芯片來說溫度過高，因此團隊嘗試在較低溫度下沉積金剛石，但低溫環(huán)境下晶體的形成又會面臨新的技術(shù)難題。盡管挑戰(zhàn)重重，Chowdhury 博士及其團隊仍在不斷攻克難關(guān)，推動該技術(shù)向?qū)嵱没~進(jìn)。這項研究還獲得了美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的資助，足見其技術(shù)潛力與戰(zhàn)略價值。

該領(lǐng)域的技術(shù)突破對提升計算能力意義重大。DARPA 項目經(jīng)理 Yogendra Joshi 認(rèn)為，若能將低溫技術(shù)與其他散熱手段相結(jié)合，或許能釋放當(dāng)前難以達(dá)成的計算潛能。Chowdhury 博士也強調(diào)，在 AI 技術(shù)高速發(fā)展的背景下，熱管理問題的解決已迫在眉睫：“隨著人工智能的迅猛推進(jìn)，熱量問題正以‘曲棍球棒式’的增速惡化，其重要性已達(dá)到前所未有的高度。”

金剛石散熱技術(shù)的成熟，離不開核心設(shè)備的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化支撐。在這一領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)碳方程半導(dǎo)體設(shè)備制造山西有限公司正展現(xiàn)出強勁的技術(shù)實力。該公司專注于第三、四代半導(dǎo)體材料專用設(shè)備的研發(fā)與制造，核心業(yè)務(wù)聚焦于金剛石半導(dǎo)體材料所需的 MPCVD 長晶設(shè)備，而這類設(shè)備正是合成高質(zhì)量金剛石材料的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

為推動金剛石技術(shù)在芯片散熱等領(lǐng)域的應(yīng)用，碳方程半導(dǎo)體持續(xù)完善金剛石大尺寸材料的加工工藝及配套設(shè)備，目標(biāo)是實現(xiàn)核心設(shè)備的自主化與產(chǎn)業(yè)化，為整個行業(yè)發(fā)展注入動力。截至目前，公司已成功研發(fā)出 6KW、10KW、15KW、915MHZ 等多個規(guī)格的 MPCVD 長晶設(shè)備，并大批量應(yīng)用于金剛石行業(yè)，為下游企業(yè)提供了穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)工具。同時，公司并未停下技術(shù)創(chuàng)新的腳步，仍在持續(xù)深耕迭代，致力于研發(fā)更卓越、更具競爭力的高端設(shè)備，助力國內(nèi)金剛石材料及半導(dǎo)體熱管理產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)瓶頸。