随着AI大模型向万亿参数迭代，高端GPU的计算密度与功耗呈现指数级增长。英伟达新一代Vera Rubin架构GPU预计单芯片TDP将达到1.8-2.0kW，芯片局部热点热流密度在实际部署中已达200-400W/cm²，极端负载下瞬时峰值接近600W/cm²，远超传统散热方案的承载极限。传统散热路径中，铜质散热（热导率约401W/m·K）、氮化铝热沉（热导率约230W/m·K）已无法满足高热流密度的散热需求，成为制约GPU算力释放、寿命提升的核心瓶颈——散热效率不足会导致芯片降频运行，同时加速器件老化，严重影响AI服务器的稳定性与运行效率。
英伟达的核心诉求的是突破散热瓶颈，保障新一代GPU（Vera Rubin架构）的性能稳定释放，同时降低散热系统的体积与能耗，巩固其在高端AI芯片市场的垄断地位；而化合积电作为国内宽禁带半导体材料领域的龙头企业，核心诉求是推动金刚石散热技术的规模化应用，打破海外垄断，拓展高端客户资源，提升产品市场份额与盈利能力。双方的合作形成了“需求牵引+技术支撑”的互补格局，实现了互利共赢。
化合积电深耕金刚石材料领域多年，已实现从技术研发到规模化生产的完整布局，其核心技术优势成为打动英伟达的关键：一是键合技术突破，解决行业核心痛点。金刚石表面粗糙度是键合良率的关键，行业核心指标为Ra＜1nm，化合积电通过技术攻关，实现单晶金刚石表面粗糙度达Ra≤0.5nm，1-2英寸多晶金刚石Ra＜1nm，为晶圆键合提供了高可靠材料支撑，完美适配GPU芯片的封装需求。二是产品性能卓越，适配高端场景。化合积电的CVD金刚石热沉片热导率可达2000W/m·K以上，与英伟达测试标准高度匹配，可使GPU热点温度降低约60%，同时助力算力提升3倍、能耗降低40%，显著优于传统散热材料。三是量产能力成熟，保障稳定供货。化合积电呼和浩特金刚石智造基地已正式投产，形成了“三位一体”的战略布局，具备规模化生产能力；同时，公司通过技术优化，逐步降低CVD金刚石的制备成本，提升产品性价比，能够满足英伟达大规模量产的需求。此外，化合积电还针对性开发出低成本、准确率高的热导率测试装置及系统，为产品质量提供了可靠保障。
3.1 方案核心产品：CVD金刚石热沉片及复合散热材料此次英伟达采用的化合积电散热方案，核心产品为CVD金刚石热沉片及金刚石-铜复合材料，主要应用于GPU芯片核心区域及HBM4显存的散热，具体包括：一是CVD金刚石热沉片，主要用于GPU计算核心的散热。该产品采用化学气相沉积（CVD）工艺制备，具备超高热导率、低热阻、耐高温的优势，能够快速导出芯片核心产生的大量热量，抑制热点温度过高，保障芯片稳定运行。其热导率可达2000W/m·K以上，远超铜、氮化铝等传统材料，适配英伟达新一代GPU的高热流密度散热需求。二是金刚石-铜复合材料，用于GPU外围电路及显存的散热。该材料将金刚石的高导热性与铜的易加工性完美结合，既保留了金刚石的超高散热效率，又具备铜的良好延展性，便于加工成型，能够适配GPU复杂的封装结构，同时降低散热系统的体积与重量。3.2 方案应用场景：聚焦高端AI芯片与超级计算机此次合作的散热方案，主要聚焦于英伟达两大核心场景：一是新一代Vera Rubin AI平台，该平台是英伟达面向万亿参数大模型训练的核心产品，对散热效率要求极高，化合积电的金刚石散热方案能够有效解决其高热流密度散热难题，保障平台的性能稳定释放。目前，该平台已在部分场景进行测试，化合积电的散热产品表现良好。二是高端消费级与数据中心级GPU，包括RTX系列高端显卡、H100/H200系列数据中心GPU的升级版本，通过采用化合积电的金刚石散热方案，可提升芯片的运行稳定性与使用寿命，同时降低散热噪音与能耗，增强产品的市场竞争力。3.3 方案优势：相较于传统散热的核心差异与英伟达此前采用的铜质散热、氮化铝热沉方案相比，化合积电的金刚石散热方案具备四大核心优势：1. 散热效率极致：热导率是铜的5倍以上，能够快速导出芯片核心热量，解决高热流密度散热瓶颈，避免芯片因过热降频；2. 能耗与体积优化：散热效率的提升可降低散热风扇的转速或减少风扇数量，进而降低散热系统的能耗与体积，适配AI服务器小型化的发展趋势；3. 可靠性更强：金刚石具备耐高温、耐腐蚀、绝缘性优良的特点，能够适应GPU长期高负载的运行环境，延长芯片与散热系统的使用寿命，测试显示，采用该方案后，芯片寿命可提升至传统方案的4倍以上；4. 定制化适配：化合积电可根据英伟达不同GPU产品的封装结构、散热需求，提供定制化的金刚石散热解决方案，包括产品尺寸、厚度、表面处理等，适配性更强。
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