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近年来，随着人工智能（AI）技术的飞速发展与应用普及，AI芯片的算力需求与功耗水平同步飙升，这使得芯片散热问题日益严峻，成为制约高性能计算发展的关键瓶颈。在这一背景下，材料科学领域的创新正扮演着越来越重要的角色。新媒网跨境获悉，中国科技巨头华为近期披露了两项碳化硅（SiC）热管理技术相关专利，这不仅展现了其在先进材料研发领域的深耕细作，也为解决AI时代的高热密度挑战提供了新的思路。

这两项专利分别为“一种导热组合物及其制备方法和应用”与“一种导热吸波组合物及其应用”。

专利一：高性能导热组合物

第一项专利详细阐述了一种新型导热组合物，其核心在于独特的结构设计。该组合物由基材和导热填料构成，其中导热填料并非单一形态，而是包含大颗粒和小颗粒两种类型，且大颗粒与小颗粒的粒径比超过3:1。尤为关键的是，大颗粒填料采用了球形度高于0.8的碳化硅（SiC）颗粒。

这种精密的结构设计旨在实现多重性能优化。首先，通过引入不同粒径且配比合理的大、小颗粒填料，能够有效改善组合物的流动性，使其在制备和应用过程中更易于操作，填充更均匀。其次，高球形度的碳化硅颗粒能够减少填料间的摩擦，进一步提升流动性的同时，也能在填充过程中形成更加紧密的堆积结构，从而显著提升材料的整体导热性能。

传统的导热材料在面对高功率电子设备时，往往难以兼顾优异的导热效率与良好的加工流动性。华为的这项专利通过创新的粒径配比与高球形度SiC颗粒的应用，在导热性能、流动性和可填充性之间取得了平衡，有望满足未来电子设备对高性能热管理材料的迫切需求，特别是在散热要求严苛的场景下。

专利二：导热吸波一体化组合物

第二项专利则更进一步，介绍了一种具备导热和吸波双重功能的组合物。这种多功能材料由有机基体、导热填料以及吸波填料复合而成。

在这项专利中，导热填料同样采用了大、小颗粒的组合，其中大颗粒同样选用高纯度（纯度≥99%）且球形度高于0.8的碳化硅（SiC）颗粒。高纯度SiC的应用确保了材料在导热性能上的卓越表现，而高球形度则延续了第一项专利中对流动性和填充均匀性的优化考量。

与此同时，吸波填料则由球形和片状的羰基铁构成。羰基铁作为一种常用的吸波材料，能够有效吸收和衰减电磁波，从而降低电子设备内部的电磁干扰（EMI）。在高性能电子设备中，芯片运行时不仅产生大量热量，高频信号也会带来显著的电磁辐射。电磁干扰可能导致系统不稳定、数据传输错误甚至功能失效。因此，集导热与吸波功能于一体的材料，对于提升电子设备的整体可靠性和工作性能具有重要意义。

这项专利的创新之处在于将碳化硅的优异导热性能与羰基铁的电磁波吸收能力有机结合。通过这种复合材料，电子设备可以在有效散热的同时，也能够抑制内部电磁干扰，为下一代高速、高频、高集成度的电子应用提供了更为全面的解决方案。

碳化硅：AI芯片散热的“明星材料”

碳化硅（SiC）之所以能成为热管理领域的焦点，源于其本身卓越的物理特性。根据材料研究数据，SiC的热导率高达500 W/mK，这一数值远超传统半导体材料硅（Si，约150 W/mK）以及常用的陶瓷基板（200–230 W/mK）。高热导率意味着SiC能够更高效地将芯片产生的热量传导出去，避免热量积聚，从而保障芯片的稳定运行和寿命。

除了出色的热导率，碳化硅在其他方面也表现优异。其热膨胀系数与半导体材料（如硅）相匹配，这对于避免在温度变化时因材料膨胀不均导致的热应力损伤至关重要。此外，SiC还具备高硬度、高化学稳定性、高击穿电场强度和高电子饱和漂移速率等特性，使其不仅适用于热管理，也在功率器件、射频器件等领域展现出巨大潜力。

AI芯片功耗飙升，散热挑战迫在眉睫

当前，AI芯片的功耗增长趋势令人瞩目。以全球领先的GPU制造商英伟达（NVIDIA）为例，其图形处理器（GPU）的功耗已从过去的约700瓦提升至2024年的1400瓦左右，并且根据行业分析预测，未来型号的功耗可能将进一步逼近2000瓦大关。如此巨大的功耗增长直接导致了芯片封装内部的热密度急剧升高，传统的散热方案已难以满足需求。

在芯片封装内部，一个关键的组件是“中介层”（interposer）。中介层主要负责连接GPU核心与高带宽存储器（HBM），并在有限的空间内实现高速数据传输。随着芯片集成度的提高，中介层也需要承担部分散热功能。

新媒网跨境了解到，为应对这一挑战，英伟达计划在其下一代Rubin处理器中，采用碳化硅作为中介层衬底，以取代目前普遍使用的硅材料。此举旨在大幅增强处理器内部的热量散发效率。据行业消息透露，英伟达预计将在2027年开始大规模应用碳化硅衬底。

英伟达的这一战略性布局，凸显了碳化硅在解决高性能AI芯片散热问题上的不可替代性。其卓越的热传导能力，使其成为替代硅中介层的理想选择，能够更有效地将核心区域的热量引导至封装外部的散热模块，从而提升芯片的整体性能和可靠性。

行业展望：材料创新驱动未来

华为披露SiC热管理技术专利，以及英伟达规划在其下一代AI芯片中采用SiC中介层，均清晰地表明，碳化硅材料在高性能计算领域，特别是AI芯片的散热和封装技术中，正扮演着越来越核心的角色。

这些进展不仅是单一企业在技术研发上的突破，更反映了整个半导体行业在面对功耗墙和散热瓶颈时，对材料科学创新解决方案的强烈需求。未来几年，随着AI大模型训练、推理等场景对算力需求的持续增长，高性能、低功耗、高可靠性的芯片将成为核心竞争力。而像碳化硅这样的先进材料，无疑是实现这些目标的关键支撑。

可以预见，围绕碳化硅的研发和应用热潮将持续升温，从材料制备、器件设计到封装集成，全产业链的协同创新将成为推动AI计算能力进一步突破的重要动力。

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本文来源：新媒网 https://nmedialink.com/posts/huawei-sic-patent-for-2000w-ai-chip-cooling.html