电子行业AI动态跟踪系列(二十一)：金刚石散热，AI芯片亟需“降温”，国内企业积极扩产

AI动态跟踪系列（二十一）金刚石散热：AI芯片亟需“降温”，国内企业积极扩产证券研究报告2026年8月21日杨钟投资咨询编号：S1060525080001徐碧云投资咨询编号：S1060523070002证券分析师请务必阅读正文后免责条款电子行业 强于大市投资要点1算力芯片散热刚需爆发。AI算力升级与2.5D/3D异构集成技术普及，推动芯片功耗与热流密度大幅飙升，摩尔定律遭遇显著热障。华为“韬定律”的提出进一步提升芯片集成度，但多层堆叠导致中间层芯片积热严重、散热通路受阻。当单芯片功耗突破2000W，传统铜、铝散热材料已无法适配高端算力芯片需求，散热成为芯片性能释放的核心瓶颈。金刚石凭借超高热导率、优异绝缘性及与硅芯片相近的热膨胀系数，可高效导热、降低热应力，是新一代高端芯片优质散热材料。目前行业存在多条金刚石散热技术路线，其中金刚石铜复合材料性价比突出、易量产、封装适配性强，已在AI服务器、消费电子等场景率先落地，是现阶段商业化主力方案，但单晶、多晶金刚石优势更明显，仍是中长期重要方向，未来有望导入高端算力架构，持续替代传统散热材料。金刚石材料开启扩容浪潮。2026年行业需求开始爆发，金刚石从传统工业磨料转型为高端电子材料。国内河南核心产区企业集中扩产，行业产业链加速成型、标准持续完善。人造金刚石制备分为HPHT高温高压与CVD化学气相沉积两大工艺。MPCVD依托微波能量激发反应气体产生等离子体，在基底表面沉积高质量薄膜，也是金刚石制备的核心工艺。当前多家国内金刚石散热企业处于送样测试或小批量交付阶段，并在积极扩产MPCVD设备产能。投资建议： AI芯片正进入超高功率时代，传统散热方案逐渐逼近极限。凭借超高热导率、低热膨胀系数和优异绝缘性能，金刚石有望成为下一代AI芯片散热的关键材料。2026年为产业0-1商业化元年，行业整体处于送样验证、小规模试产阶段。短期金刚石铜复合材料商业化落地快，但金刚石单晶多晶方案是中长期重要方向，而MPCVD法是当前CVD合成金刚石的主流工艺，上市公司四方达、黄河旋风、沃尔德等均在积极扩产MPCVD设备产能。建议关注产业链相关公司，建议关注四方达、国机精工、沃尔德、国力电子等。风险提示：（1）商业化落地不及预期风险。若AI厂商方案迭代推迟，产能释放但订单不足，将导致相关企业业绩兑现时间延后。（2）竞争加剧与产能过剩风险。国内规划总产能快速扩张，若下游需求释放慢于产能投放，行业可能会供过于求，出现价格战。（3）下游需求不及预期的风险。金刚石散热高度绑定AI算力行业景气度。若全球AI资本开支下行、GPU出货不及预期，会直接影响金刚石散热导入节奏。热点|央视新闻报道金刚石挺进AI新赛道数据来源：央视财经，平安证券研究所2 2026年5月央视财经报道，素有“工业牙齿”之称的金刚石，在AI算力发展驱动下散热应用迎来爆发，产品从以往论吨售卖的工业磨料转变为论片销售的芯片散热贴，相关企业纷纷扩产。河南是我国金刚石产能最大、产业链最完整的核心产地。河南多家金刚石生产企业负责人均表示，正在对散热业务产能进行扩张布局。河南四方达超硬材料股份有限公司董事长方海江表示，当前散热片现有产能无法满足市场需求，公司已规划新厂，计划明年年底前建成投产。 随着金刚石相关企业积极扩产，一条围绕散热而展开的产业链正在加速成型，行业标准日趋走向规范化，下游应用场景更是不断拓展，正吸引越来越多的企业和机构进行布局。金刚石散热应用爆发散热片产能无法满足市场需要华为韬定律:逻辑折叠导致散热成为制约芯片性能的瓶颈数据来源：芯东西、半导体产业研究，平安证券研究所3 今年5月，华为公司董事、半导体业务部总裁何庭波在上海IEEE ISCAS会议上提出“韬（τ）定律”。该定律核心是以“时间（τ）缩微”替代传统“几何缩微”，通过逻辑折叠等创新技术，持续压缩信号传播时延、稳步提升晶体管密度。逻辑折叠摒弃了平面假设，关键路径上的门分布在两个（并最终更多个）垂直堆叠的有源层上，通过超细间距混合键合连接。 芯片从平面走向立体，最直观的问题就是散热。芯片的功率密度急剧上升，热量集中在狭小的三维空间里，下中间层芯片散热通路受限、积热问题显著，亟需高导热新材料与高效散热结构改善热管理。今年7月，华为又正式发布《面向多层级电子系统的时间缩微理论》V2版本。华为在V2论文中承认热管理仍是关键挑战，并提出避免高功耗模块上下重叠、只折叠部分关键路径等办法。LogicFolding示意图韬（τ）定律：半导体微缩的范式演变GPU功耗持续提升，散热能力已成为影响AI芯片性能释放的重要限制因素数据来源：半导体产业研究，平安证券研究所4 近年来AI、高性能计算与数据中心产业快速发展，芯片算力持续提升，功耗不断走高。伴随GPU功耗攀升、CoWoS、SoIC等先进封装、HBM堆叠与Chiplet异构集成普及，芯片热流密度呈指数增长，摩尔定律遭遇严峻“热障”。芯片局部热点会引发漏电流上升、电迁移与热应力，损害芯片寿命与算力发挥。Feynman计划依托1.6nm制程与LPU 3D堆叠架构降低推理延迟，但垂直堆叠结构导致底层芯片散热难度陡增，单芯片功耗或将突破2000W，传统铜、铝等散热材料越来越难满足需求，散热能力已经成为影响AI芯片性能释放的重要限制因素。 在此背景下，兼具超高热导率、良好绝缘性与稳定物性的金刚石，被视作下一代高端芯片重要热管理材料。据半导体产业研究的信息，金刚石散热技术有望导入Feynman架构，攻克AI推理芯片热管理瓶颈，标志这款“终极散热材料”正加速从实验室迈向高端芯片量产应用。NVIDIA GPU功耗演进趋势NVIDIA GPU架构演进路线图：从液冷到金刚石散热散热:金刚石凭借其无可比拟的物理特性脱颖而出数据来源：半导体产业研究、央视财经，平安证券研究所5 相较于铜、铝等传统导热基材，金刚石热导率突破2000W/(m・K)，是当前已知导热性能最为优异的材料之一，可高效疏导芯片工作过程中产生的热量，在高功率芯片、射频器件、激光器、功率半导体等赛道具备广阔产业化应用空间。•极高的热导率：室温环境中，CVD单晶金刚石热导率区间可达2200W/(m・K)，为铜（401W/(m・K)）的5倍以上、硅（149W/(m・K)）的近15倍，具备极强的热扩散能力。利用CVD金刚石制备的热沉片可以快速将芯片运行过程中产生的大量热量导出，缓解因温度升高导致的芯片性能问题。•优异的绝缘性：金刚石拥有极高电阻率与击穿电压，可直接贴合裸片（Bare Die）表面进行装配，无需增设额外绝缘层，有助于简化封装结构•低热膨胀系数（CTE）：金刚石的CTE约1.1ppm/K，与硅芯片2.6ppm/K较为接近。凭借热膨胀系数天然匹配的特性，材料可有效缓解冷热循环过程产生的热应力，降低金刚石散热组件与芯片界面发生疲劳失效的风险。散热材料热导率对比金刚石单晶片样品6金刚石散热四大技术路线与先进封装应用场景数据来源：半导体产业研究，平安证券研究所技术路线：重点关注金刚石单晶/多晶热沉片及金刚石铜复合材料 当前金刚石用于芯片散热主要形成四大技术路线，各路线在产业化成熟度、制造成本、散热性能层面具备差异化特征：a.CVD金刚石热沉片（Heat Spre