[国内研报] 东北证券 轻工制造行业深度：散热材料革命，国内厂商加速突围

摘要

在先进封装与三维集成技术驱动下，高端芯片总功耗或将逼近2000W，传统铜、铝等散热材料已难以满足需求，热导率高达2000-2200W/m·K的金刚石（为铜的5倍）成为下一代核心散热材料。 目前三大技术路线并行，其中金刚石铜复合材料产业化落地最快（热导率达800W/m·K），已于2026年4月在郑州超算中心实现首次规模化应用，使芯片模组传热能力提升80%。 受AI算力需求激增及钻石价格暴跌（1克拉从2021年近3万元跌至2024年末的5000-6000元）影响，培育钻石赛道正加速向算力散热功能性材料转型。 华为创新性提出“韬定律”推动3D堆叠技术应用，英伟达、英特尔、台积电等国际巨头也纷纷加速布局金刚石散热方案。 中国人造金刚石产量占全球95%，河南形成全球最大产业集群，四方达、沃尔德、国机精工及黄河旋风等本土厂商正依托产业基础加速突围。

主要观点

• 高端芯片功耗急剧攀升，金刚石成为解决散热瓶颈的关键材料。芯片总功耗逼近2000W，金刚石热导率高达2000-2200W/m·K，是铜的5倍。

• 金刚石铜复合材料产业化落地最快，已实现规模化应用。该材料热导率可达800W/m·K，2026年4月在郑州超算中心首次规模化采用，使芯片模组传热能力提升80%。

• 培育钻石赛道转型算力散热。此前1克拉成品钻石价格从2021年近3万元跌至2024年末仅5000-6000元，受算力需求增加影响，正式转型算力散热核心功能性材料。

• 华为“韬定律”驱动3D堆叠芯片散热迭代。该定律通过三维异质异构集成技术实现芯片性能升级，推动3D堆叠技术应用，对金刚石等极致散热方案提出要求。

• 国际巨头加速布局钻石散热。英伟达新一代Vera Rubin架构GPU将采用“金刚石铜复合散热模组+直接液体冷却系统”方案应对2300W极端热设计功耗；台积电也明确了12英寸单晶金刚石散热需求。

• 国内人造金刚石产量占据全球绝对主导。中国产量占全球95%，河南形成全球最大金刚石产业集群，本土厂商依托该产业基础正加速突围。

• 国内企业散热布局进展各异。四方达散热片已进入小批量供货；沃尔德成功研发12英寸钻石散热晶圆；国机精工军工小批量订单落地；黄河旋风战略布局热沉片寻求突破。

• AI算力需求爆发进一步凸显国产芯片散热压力。2026年一季度我国AI算力需求同比增长417%，算力租赁市场规模达680亿元，预计全年突破2600亿元。

论述逻辑

• 芯片功耗急剧攀升突破传统材料散热极限：先进封装及3D集成使高端芯片总功耗逼近2000W，传统铜（热导率400W/m·K）已面临物理天花板，亟需新型散热材料。

• 物理特性优势确立金刚石核心地位：金刚石热导率高达2000-2200W/m·K，是铜的5倍，且具备优异电绝缘性和匹配半导体的热膨胀系数，成为“终极半导体材料”。

• 产业化落地呈现阶梯式发展：单晶金刚石性能上限最高但量产受阻、成本高昂；多晶金刚石1-3年内有望成熟；金刚石铜复合材料产业化最快，已在郑州超算中心规模化应用。

• 产业逻辑转向AI算力散热：钻石饰品价格暴跌倒逼企业转型，同时AI芯片（如英伟达2300W TDP的GPU及华为3D堆叠芯片）散热瓶颈直接拉动了对高端金刚石散热材料的需求。

• 中国凭借产能优势向技术强国演进：中国占全球95%人造金刚石产量，依托河南等地的产业链集群优势，多家上市公司在散热片、晶圆等细分领域加速验证与投产，逐步攻坚半导体散热国产化。

关键展望

• 台积电明确12英寸单晶金刚石产品需求，预计1-2年内可实现技术突破。

• 多晶金刚石技术路线未来1-3年有望进一步走向成熟。

• 黄河旋风计划3年内投资20亿元将热沉片打造为第一大主业。

• 预计到2031年，基于韬定律的高端芯片晶体管密度将达到1.4纳米制程的同等水平。

• 2026年算力租赁市场规模预计全年将突破2600亿元。

推荐标的

• 四方达：控股子公司天璇半导体负责CVD金刚石业务，其金刚石散热片已通过客户测试并进入小批量供货阶段，主要面向高端GPU、AI芯片等散热需求。

• 沃尔德：成功研发12英寸钻石散热晶圆，多类产品正推进客户验证，将金刚石热沉确立为中长期的战略级重大研发方向。

• 国机精工：钻石散热产业化领跑者，金刚石散热片已获军工小批量订单率先落地。

• 黄河旋风：经营承压下正通过战略布局CVD多晶热沉片及金刚石复合材料寻求转型突破。