Како се АИ трка интензивира, потрошња енергије{0}}врхих ГПУ чипова наставља драматично да расте. НВИДИА Х100 појединачна-потрошња енергије достиже 700 В, нова Блацквелл серија то повећава на 1000–1400 В, а најновији ГПУ са Вера Рубин архитектуром има вршну потрошњу енергије већу од 2300 В. Овакви екстремни нивои снаге постали су кључно уско грло за развој АИ следеће генерације.
Тренутно, течно хлађење и хлађење потапањем су широко прихваћени у индустрији за управљање топлотом на нивоу сервера. Међутим, ови приступи не могу да реше фундаментално питање локализоване акумулације топлоте у близини чипа. Сталне вруће тачке доводе до смањења фреквенције и деградације перформанси, озбиљно ограничавајући способност врхунских АИ чипова. Технологија дисипације топлоте заснована на дијамантима се појавила као ефикасан пут за превазилажење овог изазова.
Уобичајена заблуда на тржишту је да је примарна предност дијаманта само његова висока топлотна проводљивост. У стварности, главна конкурентност дијаманта лежи у његовој двострукој способности: ултра-висока топлотна проводљивост у комбинацији са одличним термичким ширењем који се подудара са материјалима чипова-комбинација коју традиционални материјали као што су бакар, сребро и силицијум карбид не могу лако постићи.
Кључни подаци показују да ЦВД монокристални дијамант има топлотну проводљивост већу од 2000 В/(м·К), а изотопски пречишћене верзије прелазе 3000 В/(м·К)-око пет пута већу од конвенционалног бакра. Што је још важније, дијамант нуди изванредну термичку компатибилност: његов коефицијент термичке експанзије (ЦТЕ) је само 1,0–1,1 ппм/К, што се блиско поклапа са силицијумским 2,6 ппм/К, што резултира термичком неусклађеношћу од само 1,5 ппм/К. Насупрот томе, бакар, који се обично користи у индустрији, има ЦТЕ од 16,5–17 ппм/К, што даје неусклађеност са силицијумом од око 14 ппм/К- за ред величине веће од дијаманта.
Тренутни АИ чипови генерално усвајају 2.5Д и 3Д процесе слагања, који концентришу изворе топлоте густо између слојева и погоршавају термичке преслушавање. Структуре засноване на бакру, са својом великом термичком неусклађеношћу, подлежу континуираном ширењу и скупљању под сталним температурним циклусима, што лако изазива замор лемних спојева и пуцање на међуфазној површини-што значајно угрожава поузданост чипа и животни век. Дијамант, захваљујући веома ниској термалној неусклађености, у основи смањује термички стрес на интерфејсима чипова и избегава ризик од квара паковања, чинећи га добро усклађеним са трендовима еволуције врхунских АИ чипова.
Поликристални дијамант постиже топлотну проводљивост од 1000–2200 В/(м·К) са истим ЦТЕ-ом као и монокристални дијамант, и може се производити у великим величинама по нижој цени, што га чини погодним за примену великих размера као хладњака у АИ серверима. Композити дијамант-бакар нуде топлотну проводљивост од 500–650 В/(м·К), са подесивим ЦТЕ и добром обрадивом-исплативим компромисом који решава традиционалну дилему „високе топлотне проводљивости, али лоше компатибилности чипова“.
Упркос овим изванредним материјалним предностима, индустријско усвајање се и даље суочава са два кључна техничка изазова.
Прво, међуфазна топлотна отпорност. Постоји широко распрострањена заблуда да било који материјал који укључује дијамант аутоматски обезбеђује пет пута боље хлађење од бакра. У стварности, лоши процеси везивања могу створити веома високу међуфазну топлотну отпорност, негирајући инхерентну супериорну проводљивост дијаманта и озбиљно поткопавајући перформансе одвођења топлоте. Друго, ултра прецизна обрада и међуфазна мешавина. Екстремна тврдоћа дијаманта захтева специјализовану опрему и процесе за све прецизне кораке, подижући баријеру обраде. Штавише, слаба међуфазна веза између дијаманта и бакра захтева технике модификације интерфејса као што су титанијумски или волфрамов премаз да би се постигло стабилно мешање и обезбедио дуготрајан поуздан рад.
Тренутна потрошња енергије АИ чипа расте стопом „утростручења за три године“, а широко распрострањено усвајање 3Д слагања учинило је међуслојну акумулацију топлоте и локализоване вруће тачке све истакнутијим. Ове вруће тачке су примарни узрок деградације перформанси и принудног смањења фреквенције. Важно је разјаснити да дијамантско ширење топлоте и течно хлађење нису замене, већ комплементарна решења: дијамант служи за изравнавање екстремних локалних топлотних токова и елиминисање акумулације врућих тачака-одговарајући концентрацији топлоте близу споја-док течно хлађење уклања равномерно распрострањену топлоту са удаљеног краја система.
Домаћи индустријски ланац за расипање топлоте дијаманата показује образац снаге у узводним сировинама, али релативну слабост у низводним основним процесима. У узводном расту синтетичких дијаманата, кинеске техничке могућности за поликристалне дијаманте велике површине су у рангу, или у неким метрикама чак испред њих, у иностранству. Међутим, остају недостаци у кључним технологијама које се налазе на низводном нивоу, као што су директно спајање без лемљења на нивоу плочице и прецизна контрола процеса ниске топлотне отпорности.
Што се тиче трошкова, висока потрошња електричне енергије МПЦВД опреме је примарни притисак трошкова за масовну производњу. Да би се ово позабавило, водеће домаће компаније као што су СФ Диамонд, Хуангхе Вхирлвинд и Хуифенг Диамонд стратешки граде производне капацитете у регионима са ниским ценама електричне енергије, као што су Синђанг и Унутрашња Монголија, користећи јефтину снагу, опрему за производњу са великим коморама и развој сопствених процеса за континуирано смањење трошкова производње.
Све у свему, имајући у виду тренд све веће потрошње енергије у АИ чиповима, традиционални материјали за расипање топлоте на бази бакра достигли су границе својих физичких перформанси и тешко могу да испуне захтеве напредних чипова следеће генерације. Дијамант, са својом јединственом комбинацијом ултра-високе топлотне проводљивости и ниске термичке неусклађености, истиче се као ефикасно решење за управљање топлотом за напредне АИ чипове.