Apabila perlumbaan AI semakin rancak, penggunaan kuasa cip GPU-tinggi terus melonjak secara mendadak. Cabutan kuasa kad-tunggal NVIDIA H100 mencecah 700 W, siri Blackwell baharu mendorongnya kepada 1000–1400 W, dan GPU seni bina Vera Rubin terkini mempunyai penggunaan kuasa puncak melebihi 2300 W. Tahap kuasa melampau sedemikian telah menjadi hambatan teras untuk pembangunan cip AI generasi seterusnya.
Pada masa ini, penyejukan cecair dan penyejukan rendaman digunakan secara meluas dalam industri untuk pengurusan haba peringkat pelayan. Walau bagaimanapun, pendekatan ini tidak dapat menyelesaikan isu asas pengumpulan haba setempat hampir cip. Titik panas yang berterusan membawa kepada pendikitan kekerapan dan kemerosotan prestasi, dengan teruk mengehadkan keupayaan cip AI mewah. Teknologi pelesapan haba berasaskan berlian telah muncul sebagai laluan yang berkesan untuk mengatasi cabaran ini.
Salah tanggapan umum dalam pasaran ialah kelebihan utama berlian hanyalah kekonduksian terma yang tinggi. Realitinya, daya saing teras berlian terletak pada keupayaan dwinya: kekonduksian terma ultra-tinggi digabungkan dengan pengembangan haba yang sangat baik padanan kepada bahan cip-gabungan yang tidak dapat dicapai dengan mudah oleh bahan tradisional seperti tembaga, perak dan silikon karbida.
Data utama menunjukkan bahawa berlian kristal tunggal CVD mempunyai kekonduksian terma melebihi 2000 W/(m·K), dan versi yang dimurnikan secara isotop melebihi 3000 W/(m·K)-kira-kira lima kali ganda berbanding kuprum konvensional. Lebih kritikal lagi, berlian menawarkan keserasian terma yang luar biasa: pekali pengembangan terma (CTE)nya hanya 1.0–1.1 ppm/K, sepadan rapat dengan 2.6 ppm/K silikon, mengakibatkan ketidakpadanan terma hanya 1.5 ppm/K. Sebaliknya, kuprum, yang biasa digunakan dalam industri, mempunyai CTE 16.5–17 ppm/K, memberikan ketidakpadanan dengan silikon kira-kira 14 ppm/K-suatu susunan magnitud yang lebih tinggi daripada berlian.
Cip AI semasa biasanya menggunakan proses susun 2.5D dan 3D, yang menumpukan sumber haba secara padat antara lapisan dan memburukkan crosstalk haba. Struktur berasaskan kuprum, dengan ketidakpadanan terma yang besar, mengalami pengembangan dan pengecutan berterusan di bawah kitaran suhu berulang, mudah menyebabkan kelesuan sendi pateri dan keretakan antara muka-dengan ketara menjejaskan kebolehpercayaan dan jangka hayat cip. Diamond, terima kasih kepada ketidakpadanan terma yang sangat rendah, secara asasnya mengurangkan tekanan terma pada antara muka cip dan mengelakkan risiko kegagalan pembungkusan, menjadikannya sejajar dengan trend evolusi cip AI mewah.
Berlian polihabluran mencapai kekonduksian terma 1000–2200 W/(m·K) dengan CTE yang sama seperti berlian kristal tunggal, dan ia boleh dihasilkan dalam saiz besar pada kos yang lebih rendah, menjadikannya sesuai untuk penggunaan berskala besar sebagai sink haba dalam pelayan AI. Komposit berlian–kuprum menawarkan kekonduksian terma 500–650 W/(m·K), dengan CTE boleh tala dan kebolehmesinan yang baik-kompromi kos efektif yang menyelesaikan dilema tradisional "kekonduksian terma yang tinggi tetapi keserasian cip yang lemah."
Walaupun terdapat kelebihan material yang luar biasa ini, penggunaan industri masih menghadapi dua cabaran teknikal teras.
Pertama, rintangan haba antara muka. Terdapat salah tanggapan yang meluas bahawa mana-mana bahan yang melibatkan berlian secara automatik memberikan penyejukan lima kali lebih baik daripada tembaga. Pada hakikatnya, proses ikatan yang lemah boleh mencipta rintangan haba antara muka yang sangat tinggi, menafikan kekonduksian unggul yang wujud pada berlian dan menjejaskan prestasi pelesapan haba dengan teruk. Kedua, pemesinan ultra-ketepatan dan pengkompaunan antara muka. Kekerasan melampau Diamond memerlukan peralatan dan proses khusus untuk semua langkah ketepatan, meningkatkan halangan pemprosesan. Selain itu, ikatan antara muka yang lemah antara berlian dan tembaga memerlukan teknik pengubahsuaian antara muka seperti salutan titanium atau tungsten untuk mencapai pengkompaunan yang stabil dan memastikan operasi yang boleh dipercayai untuk jangka panjang.
Penggunaan kuasa cip AI semasa berkembang pada kadar "tiga kali ganda dalam tiga tahun," dan penggunaan tindanan 3D yang meluas telah menjadikan pengumpulan haba antara lapisan dan titik panas setempat semakin menonjol. Titik panas ini adalah punca utama kemerosotan prestasi dan pengurangan frekuensi paksa. Adalah penting untuk menjelaskan bahawa penyebaran haba berlian dan penyejukan cecair bukan pengganti tetapi penyelesaian pelengkap: berlian berfungsi untuk meratakan fluks haba tempatan yang melampau dan menghapuskan pengumpulan titik panas-menangani kepekatan haba simpang dekat-sementara penyejukan cecair mengeluarkan haba yang tersebar secara seragam daripada sistem, melengkapkan haba penolakan jauh.
Rantaian industri pelesapan haba berlian domestik menunjukkan corak kekuatan dalam bahan mentah huluan tetapi kelemahan relatif dalam proses teras hiliran. Dalam pertumbuhan berlian sintetik huluan, keupayaan teknikal China untuk berlian polihabluran luas adalah setanding dengan, atau dalam beberapa metrik malah mendahului, rakan sejawat di luar negara. Walau bagaimanapun, masih terdapat jurang dalam teknologi utama hiliran seperti ikatan langsung tanpa pateri tahap wafer dan kawalan proses rintangan haba rendah yang tepat.
Dari segi kos, penggunaan elektrik yang tinggi bagi peralatan MPCVD adalah tekanan kos utama untuk pengeluaran besar-besaran. Untuk menangani perkara ini, syarikat domestik terkemuka seperti SF Diamond, Huanghe Whirlwind dan Huifeng Diamond sedang membina kapasiti pengeluaran secara strategik di wilayah dengan harga elektrik yang rendah, seperti Xinjiang dan Inner Mongolia, memanfaatkan kuasa yang murah, peralatan pengeluaran ruang besar dan pembangunan proses proprietari untuk mengurangkan kos pembuatan secara berterusan.
Secara keseluruhannya, memandangkan trend penggunaan kuasa yang semakin meningkat dalam cip AI, bahan pelesapan haba berasaskan tembaga tradisional telah mencapai had prestasi fizikalnya dan hampir tidak dapat memenuhi permintaan cip mewah generasi seterusnya. Diamond, dengan gabungan unik kekonduksian terma ultra-tinggi dan ketidakpadanan haba yang rendah, menonjol sebagai penyelesaian pengurusan haba yang berkesan untuk cip AI termaju.