机械设备行业深度报告：钻石散热：高算力时代的终极方案，打开AI潜力的钥匙

机械设备 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 1 / 40 机械设备 2024 年 12 月 08 日 投资评级：看好（维持） 行业走势图 数据来源：聚源 《特斯拉机器人灵巧手重大进展： 驱控接近定型，量产将近—行业周报》-2024.12.1 《特斯拉、Open AI、英伟达、华为人形机器人生态简析—行业点评报告》-2024.11.26 《看好科技成长主线，重点关注低国产化率的半导体量检测设备板块—行业周报》-2024.11.17 钻石散热：高算力时代的终极方案，打开 AI 潜力的钥匙 ——行业深度报告 孟鹏飞（分析师） 罗悦（分析师） mengpengfei@kysec.cn 证书编号：S0790522060001 luoyue@kysec.cn 证书编号：S0790524090001  钻石：“终极”半导体材料，“六边形战士” 随着半导体遵循着摩尔定律纳米制程进步、TDP（热设计功耗）上升，芯片热流密度变得越来越高，散热革命成为 AI、HPC 时代最大挑战。当芯片表面温度达到 70-80℃时，温度每增加 1℃，芯片可靠性就会下降 10%；设备故障超过 55%与过热直接相关。金刚石是已知热导率最高的材料，热导率达硅（Si）13 倍、碳化硅（Sic）4 倍，铜和银 4-5 倍，并具有超宽禁带半导体优异特质，被视为“第四代半导体”或“半导体终极材料”。与 SiC 相比，钻石芯片成本可便宜 30%，所需材料面积仅为 SiC 芯片 1/50，减少 3 倍能量损耗，并将芯片体积缩小 4 倍。  钻石散热：高算力时代“终极”方案，打开 AI 潜力的钥匙 钻石散热方案在高效能电子产品应用潜力广阔，未来每台电脑、汽车和手机都有望装上钻石。半导体领域，“钻石冷却”技术可让 GPU、CPU 计算能力提升 3倍，温度降低 60%，能耗降低 40%，为数据中心节省数百万美元的冷却成本。新能源汽车领域，超薄钻石纳米膜助力电动汽车充电速度提升 5 倍，热负荷降低10 倍。基于钻石技术的逆变器体积小 6 倍，性能更卓越。太空卫星领域，数据速率提升 5-10 倍，尺寸减小 50%，并在严酷的太空环境中表现更稳定。无人机领域，无人机仅需 1 分钟就能充满电，金刚石吸收产生高密度激光束，解决续航问题。基于独特物理特性，钻石还在量子计算、核处理等方面打开应用潜力。  产业化开启“从 0 到 1”阶段，国内培育钻石产业链大放异彩 钻石散热产业链开启“从 0 到 1”临界点，全球各项应用加速落地。美国 Akash Systems 公司获得美国芯片法案支持，体现了对钻石散热前景的充分认可；英伟达率先采用钻石散热 GPU 实验，性能是普通芯片的三倍；华为接连公布钻石散热专利，坚定入局，未来有望在高性能计算、5G 通信、人工智能等领域广泛应用；国内公司化合积电已具备较为完整的金刚石半导体材料解决方案，并实现规模化生产（未上市，光莆股份有持股）。我们测算钻石散热市场规模有望由 2025年 0.5 亿美元（渗透率不足 0.1%）增长至 152 亿美元（渗透率约 10%），复合增速 214%，市场前景可观。我国人造钻石产业链具备绝对成本优势，人造金刚石产量占全球总产量的 90%以上。国内培育钻石企业积极布局“钻石散热”技术，并在半导体衬底、热沉等方面取得突破。2024 年 8 月，商务部、海关总署开始对人造金刚石设备和技术进行出口管制。  投资建议 我们认为，钻石散热作为下一代散热技术，在 AI 时代具备划时代意义和产业化潜力。我国具备完整的产业链，同时对上游材料进行出口限制，产业化正处于“从0 到 1”阶段，开发进度毫不逊于海外。在全球高算力时代，我国有望站在科技制高点。受益标的：力量钻石、沃尔德、国机精工、黄河旋风、四方达、中兵红箭、惠丰钻石、光莆股份。  风险提示：钻石散热产业化不及预期；供应链发展不及预期。 -29%-14%0%14%29%2023-122024-042024-08机械设备沪深300相关研究报告 行业研究 行业深度报告 开源证券 证券研究报告 行业深度报告 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 2 / 40 目 录 1、 钻石：“终极”半导体材料，“六边形战士 ............................................................................................................................. 5 1.1、 散热革命成为 AI、HPC 时代的最大挑战 .................................................................................................................... 5 1.2、 钻石：“终极”半导体材料，“六边形战士” .............................................................................................................. 8 2、 钻石散热：高算力时代的“终极”方案，打开 AI 潜力的钥匙 ......................................................................................... 11 2.1、 AI、HPC：钻石芯片性能提升三倍，温度降低 60% ............................................................................................... 11 2.2、 电动汽车：钻石纳米膜，将电动汽车充电速度提升五倍 ........................................................................................ 13 2.3、 太空卫星：增强通讯速度，数据速率提高 5-10 倍 ................................................................................................ 15 2.4、 无人机：解决无人机续航问题，无需大电池也能飞行 ............................................................................................ 15 2.5、 量子计算、核处理等领域应用潜力突出 .................................................................................................................... 16 3、 产业化进入“从 0 到 1”阶段，培育钻石产业链大放