一、事件概述
1.1 部署背景
随着人工智能技术的飞速发展，AI算力需求正以超越摩尔定律两倍的速度爆发式增长。大模型训练、自动驾驶、科学计算等场景对高密度、高可靠、高能效算力的需求呈指数级攀升。在此背景下，芯片热设计功耗持续飙升，"热墙"已成为制约全球算力产业升级的核心瓶颈。
长期以来，我国高端散热材料高度依赖进口，导热效率与成本问题直接影响算力基础设施的自主可控水平。在此背景下，攻克极端热管理技术难题，研发更高性能的先进热管理材料，构建自主可控的热管理材料产业链，对保障我国算力产业安全、提升核心竞争力具有重要战略意义。
1.2 核心事件
2026年4月8日，在郑州举行的"液冷聚能·智算向新"2026战略发布会上，曙光数创正式发布全球首个MW级相变浸没液冷整机柜及其基础设施整体解决方案——C8000 V3.0。在这一里程碑式成果中，中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素材料团队自主研发的金刚石/铜高导热复合材料实现全球首次规模化应用，成为破解芯片"热墙"瓶颈、推动我国算力产业自主可控的关键支撑。2026年4月14日，中科曙光提供的6万卡科学智能（AI for Science）计算集群系统，在位于郑州郑东新区中原科技城的国家超算互联网核心节点正式投入使用。作为国内目前规模最大的AI4S计算集群，该集群搭载中科曙光scaleX万卡超集群架构，可提供全球顶级的超智融合算力，标志着我国在科学智能算力基础设施领域实现关键突破。
1.3 关键数据一览
二、金刚石铜复合材料技术解析
2.1 材料原理与核心优势
金刚石铜复合材料是将金刚石颗粒（增强体）与铜基体通过特定工艺复合而成的高性能材料，兼具金刚石的超高导热性与铜的良好加工性。
物理性能对比：
金刚石铜复合材料的核心优势体现在三个方面：
第一，热导率突破传统极限。
金刚石是自然界导热性能最强的材料之一，热导率高达2000-2500 W/(m·K)，约为铜的5倍、铝的10倍。通过将金刚石与铜复合，材料热导率可提升至600-1000+ W/(m·K)以上，是纯铜的2.5倍以上。
第二，热膨胀系数精准匹配。
芯片硅衬底的热膨胀系数约为2.5 ppm/℃，纯铜的CTE高达17 ppm/℃，直接贴合会因热应力导致界面开裂。通过调整金刚石体积分数（30%-70%），可将复合材料CTE精准调控至4-8 ppm/K，与芯片高度匹配，大幅降低热疲劳失效风险。
第三，可加工性与成本平衡。
相比纯金刚石的脆性，铜基体赋予材料一定塑性，可通过铣削、电火花等工艺加工成复杂结构，解决了纯金刚石"好看不好用"的痛点，同时成本较纯金刚石大幅降低。
2.2 三大制造卡点与突破路径
金刚石铜复合材料的规模化制备面临公认的世界级难题。中科院宁波材料所功能碳素材料团队经过十余年深耕，依托自主研发的高效率3D复合技术与规模化制备工艺，系统攻克了以下三大制造卡点：
卡点一：分散难。
金刚石和铜本质上不浸润（接触角约140°），就像油和水混在一起。金刚石表面光滑，铜液无法润湿它，强行混合只会得到一堆松散、有缝隙的粉末，热量在缝隙处被阻隔，完全达不到理论效果。
卡点二：加工难。
金刚石硬度极高，莫氏硬度达10级，传统机械加工易崩粒，且原材料价格是纯铜的8-10倍。
卡点三：表面处理难。
金刚石与铜的界面结合质量直接决定材料性能，界面热阻处理不当会导致热导率大打折扣，甚至低于纯铜。
突破路径： 团队通过组分协同设计+界面调控+致密化工艺，让金刚石和铜实现了原子级别的紧密"拥抱"：
- 选好"石子" ：使用高纯度、特定粒径的金刚石颗粒作为核心导热骨架
- 给"石子"刷上"胶水" ：通过表面活化处理（如磁控溅射、镀钛/铬等），改变金刚石颗粒的表面性质，让铜能牢牢地附着上去
- 高压"浇筑"路面：在真空和高温下，用巨大的压力将熔融的铜压入金刚石骨架的所有缝隙中，确保材料内部致密无孔
2.3 界面改性技术详解
界面热阻是决定金刚石铜复合材料性能的关键因素。目前主要采用两种界面改性技术：
（1）金刚石表面金属化
在金刚石颗粒表面镀覆Ti、W、Mo、Cr等活性金属，形成碳化物过渡层：
- 化学气相沉积（CVD）、磁控溅射、盐浴镀、真空微蒸发等方法均可实现
（2）铜基体合金化
在铜基体中掺杂Ti、B、Zr等活性元素：
2.4 与国际竞品对比
关键差距分析：
日本企业（尤其是住友电工）长期占据全球约75%的市场份额，垄断格局明显。国内方面，宁波材料所研制的金刚石铜复合材料在热导率上已突破1000 W/mK，达到国际先进水平，且已在郑州超算实现全球首次规模化应用。相比之下，住友电工产品热导率约800 W/mK，国产材料在核心指标上已实现超越。
三、部署方案与架构
3.1 郑州国家超算互联网核心节点概况
2026年4月14日，我国最大规模科学智能计算集群在位于郑州郑东新区中原科技城的国家超算互联网核心节点正式投入使用。
集群基本情况：
该集群并非孤立存在，而是深度融入全国一体化算网调度体系，与北京、天津、广州、成都等其他骨干节点互联互通，实现算力资源的全国统一调度、智能分配和高效协同。国家超算互联网平台现已链接超300万CPU核和超20万GPU卡，为全国高校、科研院所和企业提供普惠化AI4S算力服务。
scaleX万卡超集群技术特征：
- 自研scaleFabric高速互联：400G带宽、低于1微秒端侧通信延迟
3.2 金刚石铜在散热架构中的位置和作用
在C8000 V3.0采用的相变浸没液冷方案中，金刚石铜复合材料扮演着"超级导热桥"的关键角色：
工作原理（沸腾换热强化）：
热量捕获：芯片紧贴在金刚石铜制成的散热模组上。芯片产生的巨量热量，首先被这个超高热导率的模组"瞬间"捕获并横向扩散开。
高效传导：热量被高效传导至与冷却液接触的表面。金刚石铜模组的另一面浸没在特殊的相变冷却液中。由于材料导热极快，热量能毫无阻滞地到达液体界面。
相变散热：冷却液接触到高温表面迅速沸腾汽化（相变），这个过程会吸收大量热量（汽化潜热）。蒸汽上升遇到冷凝器变回液体，热量被外部循环带走，液体再流回继续吸热。
整个过程中，金刚石铜就像一座架在芯片"火山"和冷却液"海洋"之间的超级宽阔且通畅的桥梁。传统铜桥可能拥堵不堪，热量传递慢；而金刚石铜桥能让热量几乎无延迟地涌入海洋，瞬间被相变过程吞没。
3.3 与液冷系统的协同方案
C8000 V3.0并非单一技术迭代，而是对散热、供电、控制与结构的系统性重构，实现了五大核心技术突破：
第一，高压直流供电系统
- 输出直流800V、±400V、336V、240V及交流380V等多种电压
- 电流响应速度>2.5 A/μs，匹配AI算力剧烈波动
第二，相变浸没冷媒技术
- 自研国产冷媒，2017年与中科院过程所合作研发，2018年实现进口替代
- 检测超过2000种材料，形成材料使用的黑名单与白名单
- 沸腾环节采用金刚石铜材料，导热系数较纯铜提升100%
第三，相变换热核心技术
- 散热鳍片采用一体化成型技术，加工精度达毛细血管级别
- 冷凝环节采用钎焊换热器，换热面积增加40%，换热能力提升85%
- 点阵交错式通道配合微纳米表面技术，确保气体快速冷凝
第四，自控技术
第五，机电转接与结构密封
3.4 C8000 V3.0整机柜架构
曙光数创C8000 V3.0是历经十年积累的成果：
核心性能参数对比：
四、实测效果与数据
4.1 传热能力提升80%的具体分析
在郑州国家超算互联网核心节点的实测数据表明，金刚石铜复合材料使芯片模组传热能力提升80%。
测试方法与条件：
根据公开报道，金刚石铜材料在郑州超算节点的实际部署中经历了严格的验证流程。在C8000 V3.0的相变浸没液冷系统中，金刚石铜被制成"强化沸腾件"，直接贴在芯片最热的部位。当芯片发热，冷却液在金刚石铜表面剧烈沸腾（相变），能瞬间带走海量热量。
技术机理：
- 纯铜的热导率约401 W/mK，金刚石铜突破1000 W/mK，提升超过150%
- 但"传热能力提升80%"的表述，是综合了材料本征导热率提升和沸腾换热强化后的系统级效果
- 金刚石铜的高热导率使得热量能更快地从芯片热点扩散到更大的沸腾换热面积
- 同时，金刚石铜的低热膨胀系数使得界面结合更稳定，减少了界面热阻
对比数据：
- C8000 V3.0散热能力：>200 W/cm²
4.2 性能提升10%的量化分析
实测数据：
曙光数创资深技术专家黄元峰指出："仅凭金刚石铜这一项技术，已经带来了如此明显的效果——中频提升、温度下降、可靠性大幅增强。"
在芯片硬件不变的情况下，金刚石铜复合材料助力芯片性能提升10%。这一效果来源于：
温度降低释放性能余量：芯片在高温下会自动降频保护，当温度降低5℃后，芯片可以在更高频率下稳定运行
热应力减少提升稳定性：热膨胀系数匹配减少界面应力，避免因热疲劳导致的性能波动
热点改善优化全局性能：传统散热方案中，局部热点会限制整体性能；金刚石铜的高导热率使热量分布更均匀
应用验证案例：
- 中科曙光scaleX640超节点：全球首例已落地的兆瓦级AI解决方案
- 实测算力提升10%的背后，是系统可用性达到99.99%
4.3 核心温度下降5℃的意义
为何5℃如此关键：
曙光数创资深技术专家黄元峰明确表示："这5℃对于芯片来说非常关键。"
系统级效果：
4.4 PUE降至1.04以下的能效表现
PUE定义： 数据中心总能耗与IT设备能耗的比值。PUE=1.0为理想状态（所有能耗都用于计算），数值越高说明散热等非计算能耗越大。
对比数据：
年省电费估算：
以10兆瓦数据中心为例，PUE从1.5降至1.04，年省电费约3000万元。若采用C8000 V3.0方案，PUE降至1.04以下，年省电费超2亿元（针对scaleX万卡超集群）。
实现途径：
- 全年自然冷却：外界环境温度适宜时（通常低于25℃），完全依靠室外冷空气或冷却水完成散热，无需开启压缩机
4.5 可靠性验证数据
长期运行验证：
在郑州超算节点的实际部署证明，金刚石铜材料能经受4000次高低温循环冲击而性能零衰减，满足了数据中心7x24小时不间断运行的严苛要求。
关键优势：
- 与芯片本身高度匹配，避免因冷热交替而产生的焊点撕裂风险
全链路可靠性：
- 机电转接技术实现"零泄漏"（泄漏率<10⁻⁷量级）
五、产业意义与影响
5.1 从实验室到规模化的关键一步
里程碑式突破：
2026年4月，中科院宁波材料所功能碳素材料团队研制的金刚石/铜高导热复合材料在国家超算互联网核心节点实现集群部署，标志着该材料在算力芯片热控领域实现全球首次大规模应用。
这一突破具有深远意义：
技术可行性已充分验证：在6万卡规模的国家级算力集群中连续运行，证明材料性能稳定可靠
产业化条件已具备：从"基础研究—中试验证—产业推广"全链条布局完成
全链条自主可控：从金刚石原材料（占全球90%+产能）到复合材料制备，再到系统集成，形成了完整的国产化链条
产业化进程：
5.2 对国产AI算力基础设施的意义
破解"热墙"瓶颈：
随着AI大模型参数量暴涨，单颗AI芯片功耗从2023年的400W跃升至2026年的1400W以上，预计2027年将进一步攀升至2300W。传统散热方案已无法满足需求，金刚石铜复合材料成为破局关键。
支撑自主可控：
长期以来，我国高端散热材料高度依赖进口，导热效率与成本问题直接影响算力基础设施的自主可控水平。宁波材料所的技术突破和规模化应用，打破了国外在高端热管理材料领域的技术垄断，实现了从跟跑到并跑乃至领跑的关键跨越。
释放国产芯片算力：
金刚石铜复合材料为华为昇腾、寒武纪、海光信息等国产算力芯片的性能充分释放扫除了散热障碍，与国产服务器、高速互联技术形成协同，推动"芯片-系统-网络"的全面国产替代。
技术代差超越：
曙光数创C8000 V3.0单机柜功率达900kW，提前两年达成英伟达预计于2028年推出的费曼架构平台目标。国产方案在技术成熟度与产业转化速度上占据先机。
5.3 对金刚石材料产业化的示范效应
示范效应：
郑州超算的实战检验证明了金刚石铜复合材料的性能优势，为后续推广提供了标杆案例。
产业联动效应：
- 四方达：CVD金刚石散热片热导率在2000 W/(m·K)以上，已进入头部客户供应链；投资4.5亿元在沙雅县建设年产2.5万片CVD金刚石生产线
- 惠丰钻石：投资10亿元在包头建设CVD金刚石项目
- 黄河旋风：8英寸金刚石热沉片生产线2026年3月投产；热导率突破700 W/(m·K)的金刚石-碳化硅复合材料已应用于国产高算力芯片
价格信号：
随着金刚石散热应用预期的升温，产业链上游已经感受到实实在在的温度：
5.4 后续推广展望
市场空间：
应用场景拓展：
- AI算力芯片：GPU散热、3D封装中介层，单颗AI芯片功耗突破1400W
- 数据中心液冷：单机柜功率向900kW甚至MW级发展
- 消费电子：联想Yoga Slim 7i Aura Edition已采用0.8mm超薄金刚石铜热沉
- 新能源汽车：比亚迪SiC电驱模块导入国产金刚石铜热沉，支持800V超快充
- 5G/6G通信：基站PA模块散热需求
产能布局：
- 宁波赛墨科技：江西铜业+华为战略投资，2025年上半年销售额近1亿元
- 哈尔滨一盛新材料：哈工大技术背景，获华为哈勃A轮投资，千万片级产能规划
- 三帝科技：粘结剂喷射3D打印量产，2027年目标大批量稳定交付
六、未确认事项
以下信息在搜索过程中未找到明确的公开数据来源，报告中未予写入：
传热能力提升80%的具体测试条件：测试的芯片型号、功耗、功率密度等具体参数未查到公开数据
芯片性能提升10%的详细测试方法：是基准测试还是实际负载测试，具体测试标准未明确
金刚石铜复合材料的具体金刚石体积分数：30%-70%为行业一般范围，宁波材料所产品的具体参数未查到
界面改性镀层具体材料：报告中提及钛/铬等过渡层，但宁波材料所产品的具体镀层材料和厚度未查到公开数据
单套C8000 V3.0的价格或金刚石铜材料的价格：未查到公开报价
英伟达Rubin Ultra的具体散热方案参数：仅查到功耗约240kW/单机柜，但金刚石铜具体应用情况未确认
黄河旋风金刚石铜复合材料的研发进展：仅查到其在金刚石-碳化硅复合材料上的进展，金刚石铜的具体参数未确认
附录：核心参与企业与机构
主要信息来源：中科院宁波材料所官网、科技日报、中国科学报、上海证券报、郑州日报、科创板日报、电子工程专辑、钻石观察、曙光数创发布会等权威渠道
合作咨询：thermal.ai@outlook.com
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