TIM液冷材料专家会纪要要点总结 一、涉及行业与公司 行业 - AI服务器散热材料行业，涵盖热界面材料（TIM）、液冷系统、金刚石铜热沉等细分领域[1] - 光模块散热材料行业[2] - 液态金属导热材料行业[8] 公司 - **NVIDIA**：GB200、GB300、Rubin、Rubin Ultra平台散热方案演进的核心终端客户[1][3] - **鸿富诚（宏富诚）**：NVIDIA石墨烯垫片目前唯一量产供应商[1][4] - **中石科技**：NVIDIA石墨烯垫片领域仍处于实验室阶段；中际旭创核心供应商[1][2][4] - **飞荣达**：NVIDIA石墨烯垫片领域仍处于实验室阶段；可能在中际旭创进行认证[1][4][23] - **常州富烯**：华为投资体系，实验室阶段成功制备石墨烯垫片[4] - **墨睿科技**：小米投资体系，实验室阶段成功制备石墨烯垫片[4] - **霍尼韦尔**：液态金属方案供应商，与石墨烯垫片方案存在竞争关系[3][7][9] - **苏州泰一诺**：霍尼韦尔代工厂[11] - **Element Six（第六元素）**：金刚石铜主要供应商，占据超过90%市场份额[16] - **住友电工**：金刚石铜供应商之一[16] - **Coherent**：金刚石铜供应商之一；NVIDIA对其进行战略投资[16] - **黄河旋风**：国内金刚石领域知名公司，专注于大尺寸金刚石可达8英寸[17][19] - **三帝精密（3D-Microprecision）**：金刚石铜领域技术水平较高，导热系数宣称可达800 W/(m·K)[19] - **惠丰钻石**：国内金刚石领域公司，进展可能宣传成分居多[17][19] - **三超新材**：国内金刚石领域知名公司[17] - **中兵红箭（原四方达）**：国内金刚石领域知名公司[18] - **瑞维新材**：已在为华为系批量供货[18] - **中际旭创**：光模块厂商，投资中石科技[23] - **汉高**：800G光模块时代导热凝胶供应商[23] - **陶氏（Dow Corning）**：导热硅脂供应商[3] - **信越（Shin-Etsu）**：导热硅脂供应商[3] - **工业富联**：鸿海母公司，NVIDIA组装厂[7][10] - **鸿海**：NVIDIA组装厂[10] - **谷歌**：主要使用导热硅脂或相变材料[7] - **Meta**：主要使用导热硅脂或相变材料[7] - **苏州天脉**：未进入NVIDIA认证供应商列表[11] - **信维**：未进入NVIDIA认证供应商列表[11] - **研安科技**：未进入NVIDIA认证供应商列表[11] 二、核心观点与论据 （一）TIM定义与NVIDIA散热路径演进 - TIM 1、TIM 1.5和TIM 2的区分取决于芯片封装过程中是否使用IHS（集成散热片）[3] - 位于裸芯片与IHS之间的热界面材料称为TIM 1[3] - 位于IHS与散热器之间的称为TIM 2[3] - 若封装结构中不包含IHS，裸芯片直接与散热器（如液冷板）接触，此时所用材料称为TIM 1.5[3] - NVIDIA倾向于缩短从裸芯片到散热器的导热路径，不涉及IHS，其方案应准确定义为TIM 1.5[3] - GB200之前平台：TIM 1.5主要使用霍尼韦尔的相变材料或陶氏、信越等品牌的导热硅脂[3] - GB200平台开始：涉及液态金属应用，并同步进行石墨烯垫片预研[3] - Rubin平台：TIM 1.5方案量产时预计采用石墨烯垫片[3] - Rubin Ultra平台：热功耗预计比Rubin平台高出约30%，TIM 1.5材料方案尚未最终确定，仍在石墨烯垫片和液态金属之间评估[3][4] （二）石墨烯垫片供应商格局 - NVIDIA石墨烯垫片供应商仅有鸿富诚一家[4] - 鸿富诚在量产能力和客户端导入进度方面处于遥遥领先地位[4] - 常州富烯（华为投资体系）和墨睿科技（小米投资体系）在实验室阶段成功制备出该产品，均为非上市公司[4] - 中石科技和飞荣达产品目前仍处于实验室研发阶段，尚未制造出可与鸿富诚量产品性能相匹敌的高性能产品[4] - 中石科技和飞荣达尚未获得NVIDIA料号，预计成功导入可能还需约两年时间[4] - NVIDIA尚未认证第二家石墨烯导热垫片供应商[7] - 市场上暂时没有其他厂商能在量产水平上与鸿富诚匹敌[7] （三）石墨烯垫片市场空间 - Rubin平台单机柜配置包含72个GPU和36个CPU[5] - 每个芯片使用的石墨烯垫片面积约600至800平方毫米（6至8平方厘米）[5] - 单片价值约100元人民币[5] - 每个机柜中石墨烯垫片总采购价值约1万元人民币[5] - 假设鸿富诚为100%独家供应，该产品每年市场规模可达10亿元人民币左右[6] - 该数据与鸿富诚2025年和2026年销售额预期能够匹配[6] （四）垂直取向石墨烯垫片技术壁垒 - 传统石墨烯材料平面方向导热系数可达1,500-1,800 W/m·K甚至更高[6] - 垂直取向石墨烯垫片核心目标是追求厚度方向的高导热性能[6] - 结构可理解为将原本平铺的石墨烯膜旋转90度，呈垂直排列状态[6] - 配方壁垒：原料选择方面，不能采用PI膜或聚合物烧结制成的人工石墨膜，因其制成的垫片过于坚硬，缺乏压缩回弹性能[6] - 必须选用通过氧化石墨烯还原法制备的石墨烯膜，因其层间具有一定滑移能力，能赋予产品合适的弹性和可压缩性[6] - 粘接剂选择是业内公认的技术难点，鸿富诚现有产品也存在易碎或易开裂问题[6] - 工艺壁垒：宏观流程为逐层堆叠石墨烯膜并施加粘接剂，形成块状物后高温热压使其结合紧密，但工艺细节控制是实现产品高性能和稳定性的关键[6][7] （五）液态金属方案 - Rubin Ultra平台可能采用镓铟合金液态金属[8] - 应用形态可能并非纯液态，而是类似于导热硅脂的膏状物，即液态金属膏[8] - 纯液态金属存在可靠性问题，即使进行围坝处理也无法保证长期使用可靠性[8] - 液态金属在芯片高温工作时会熔化成液态，在压力下存在被挤压到外部（泵出）的风险[9] - 若流到电路板上可能导致短路[9] - 目前尚未有非常完善的解决方案[9] - 霍尼韦尔采用镓铟基合金与有机硅复合，通过有机硅包覆液态金属形成一层膜，但保护作用有限，在长期承受如50 PSI的压力下仍有渗漏风险[9] - 即使制成膏状，仍需配合围坝工艺[9] - 液态金属理论上热阻可能仅为石墨烯垫片的二分之一甚至三分之一[11] - 液态金属核心优势在于可以涂覆得非常薄[11] - 若未来石墨烯导热垫片厚度能突破至100微米及以下，其性能将足以与液态金属相抗衡[11] - 目前技术瓶颈在于石墨烯导热垫片厚度难以降低[11] - 液态金属导热材料单个机柜价值量约7,000至8,000元人民币[11] - 液态金属成本略低于石墨烯导热垫片，但两者之间不存在数量级差异[11] - 液态金属涂层较薄，单个芯片材料用量少于石墨烯导热垫片，因此整个机柜总成本相对较低[12] - 应用受限主要原因是可靠性问题，即漏液或泵出风险[12] - 解决泵出问题的相关技术仍处于研发阶段，尚未出现能完全解决该问题的成熟产品[13] （六）Rubin Ultra TIM方案决策时间 - Rubin Ultra的TIM方案预计要到2027年才能最终确定[10] - TIM选择并非首要考虑因素，优先级低于冷板系统[10] - 只有在冷板系统技术方案敲定后，才能确定与之匹配的TIM[10] - 从延续性角度看，继续使用石墨烯方案的可能性或许更大[10] - 散热方案切换明确时间点预计要到2027年，具体决策可能在2027年上半年做出[13] - 到2027年市场格局可能发生变化，不排除有第二家供应商进入的可能性[10] - 对NVIDIA而言，关键在于拥有一个可备选的供应商方案，备选供应商甚至不一定需要实际批量供货，只要通过认证即可[10] （七）鸿富诚供应链模式 - 鸿富诚应是直接供给鸿海[10] - 产品需要先通过NVIDIA美国总部的直接认证[10] - 认证通过后，NVIDIA会指定其组装厂（如鸿海）向鸿富诚进行采购[10] - 鸿海是NVIDIA的组装厂，也是工业富联的母公司[10] - 鸿富诚上市成功后获得了用于产能建设的资金[7] （八）其他云厂商散热方案 - 谷歌和Meta目前主要使用导热硅脂或相变材料，并未选择石墨烯导热垫片[7] - 可能因为鸿富诚通过与工业富联的紧密合作，将业务重心放在了NVIDIA[7] - 在向Meta、谷歌等其他云厂商推广方面，可能缺乏同等力度的资源支持[7] （九）金刚石铜散热方案 - 陶瓷基板主要用于向下散热，与TIM关联性较弱[14] - 金刚石或金刚石铜复合材料与TIM有直接联系[14] - 金刚石铜主要以热沉形式应用[15] - 结构为：芯片位于最底层，芯片之上是TIM 1.5导热界面材料，再往上是与TIM 1.5直接接触的液冷板[15] - 液冷板底部与TIM 1.5接触的那一层由金刚石铜材料构成，两者集成在一起[15] - 金刚石铜可理解为一个均热层，位于TIM 1.5之上，而非封装基板或TIM1之下[15] - 金刚石铜散热方案目前应用于Rubin平台[15] - Rubin上金刚石铜热沉使用面积与芯片大小相当[15] - 推测在Rubin Ultra上金刚石铜面积可能会做得更大，以增强从芯片到液冷板的热扩散效果[15] - 若采用金刚石铜方案且由国外供应商供货，每个机柜价值量预计在5万到7万元人民币[15] - 若未来有国内供应商进入该供应链，价格可能会有显著下降，预计会是对折水平[15] - 金刚石铜价值量远高于TIM[15] - 金刚石铜材料本身制造难度不大，但制成厚度均匀的大尺寸片材存在显著工艺挑战[16] - 主流工艺是采用铜粉与金刚石粉混合后进行热压成型[16] - 要将材料做得非常薄，同时保证大面积下的面内厚度均匀性，难度随面积增大而急剧增加[16] - 目前行业内能做到的最大尺寸大约在六英寸级别[16] - 未来在Rubin Ultra之后的产品中，散热材料可能会从金刚石铜向纯金刚石片或金刚石膜演进，但需要更长时间[16] - Element Six是金刚石铜主要供应商，占据超过90%市场份额[16] - 其余份额可能由住友电工和Coherent等公司占据[16] - NVIDIA对Coherent战略入股，一方面是考虑在金刚石铜以及未来更先进金刚石散热方案上的合作，另一方面Coherent本身也是全球领先的光模块制造商[16] （十）国内金刚石及金刚石铜公司 - 国内有企业在进行金刚石铜研发，并已实现量产供货，但目前并非供应给NVIDIA[17] - 国内金刚石领域比较知名的公司包括惠丰钻石、三超新材、黄河旋风以及中兵红箭[17][18] - 黄河旋风和惠丰钻石可能机会较大[18] - 瑞维新材已在为华为系批量供货[18] - 黄河旋风专注于大尺寸金刚石，可达8英寸，产线应已落地[19] - 有市场消息称黄河旋风已开始向AI服务器客户供货，但具体客户尚不明确，可能是谷歌或Meta[19] - 三帝精密在金刚石铜领域技术水平较高，产品导热系数宣称可达800 W/(m·K)，在国内处于领先水平，与第六元素相当[19] - 三帝精密已具备量产能力，并正在进行金刚石铜与微通道结合的前沿研发[19] - 三帝精密产品在国内AI服务器市场具有较大前景[19] - 惠丰钻石的进展可能宣传成分居多[19] （十一）浸没式液冷与TIM - 浸没式液冷方案与TIM材料应用并不冲突[20] - 金刚石铜作为硬质界面材料，与芯片之间无法实现完美硬接触，必须通过一层柔性导热界面材料来填充间隙[20] - 这层材料可以是石墨烯垫片，也可以是液态金属[20] - 在采用金刚石铜材料的液冷方案中，冷板中与芯片直接接触的部分从原有铜升级为金刚石铜，并与冷板融为一体[20] - 原先位于冷板和封装盖板之间的TIM2层级便不再存在[20] - 无论是采用金刚石铜还是之前的铜方案，实际上都只有一层TIM，可称为TIM1.5[20] （十二）TIM1材料演变 - 从GB200时代开始，硅脂在GPU应用中已被淘汰[20] - GB200的GPU上使用的TIM1是霍尼韦尔的相变材料[20] - 相变材料受热后内部部分固态金属会熔化成液态，使整体材料变软，从而在受压时有效填充界面间缝隙[20] - 对于未来Rubin平台，若采用金刚石铜方案，从纯粹散热性能角度看，液态金属是最佳选择[20] - 综合考虑可靠性、散热效果和当前设计间隙，石墨烯垫片是目前最理想的选择[20] - 霍尼韦尔相变材料热阻可达0.02-0.03 W/K，优于石墨烯垫片的约0.04 W/K[21] - 相变材料应用厚度更薄，仅为几十微米，而石墨烯垫片厚度在两三百微米[21] - 霍尼韦尔相变材料仍存在泵出风险[21] - 考虑到可靠性问题，在新的金刚石铜方案中，石墨烯垫片被认为是更好的选择[21] （十三）GB300散热方案 - GB300散热方案中没有盖板，只采用了TIM1.5方案，散热材料直接贴合微通道冷板[21] - NVIDIA的GPU产品普遍没有盖板设计[21] - 鸿富诚并未向GB300最终产品供货[21] - 鸿富诚销售额显著增长主要源于向NVIDIA供应的测试耗材[21] - NVIDIA在每一块芯片封装完成后都需要进行测试，该测试环节需要使用TIM作为耗材[21] - 自2025年起，NVIDIA选择鸿富诚的金属碳基垫片作为其封装测试环节的耗材使用，这构成了其招股书中增长的主要部分[21] - 鸿富诚碳基石墨烯垫片可能应用于某些芯片，但这些芯片并非来自NVIDIA[21] - GB200散热方案与GB300类似[22] - Rubin平台主要变化是将TIM1.5材料替换为石墨烯垫片[22] - 在金刚石散热方案中，均热板与散热器被集成在一起，均热板成为散热器的一部分[22] （十四）光模块TIM市场 - 光模块市场中TIM主要应用于DSP芯片和光电引擎两个部分[23] - 800G光模块时代主要使用中高导热系数的导热凝胶，供应商以汉高、中石等为主[23] - 1.6T光模块时代业界正在逐步验证石墨烯垫片应用，同时也在验证导热系数更高（如12W/m·K甚至14W/m·K）的导热凝胶[23] - 石墨烯垫片核心优势在于含硅量极小，挥发分风险在现有界面材料中最低[23] - 预计2026年光模块领域TIM市场规模大约在5亿至10亿元人民币之间，主要集中在800G和1.6T产品[23] - 中石是中际旭创的主力供应商[23] - 中际旭创投资中石后，其他厂商进入其供应链难度增大[23] - 可能有另一家供应商（可能是飞荣达）正在中际旭创进行认证，或将成为备选第二供应商，但主要份额预计仍将由中石占据[23] - 石墨烯导热垫片在光模块和服务器应用中的性能指标没有太大差异，本体材料相同[24] - 1.6T光模块开始验证石墨烯垫片，主打低挥发优势[2] - 中石科技为中际旭创核心供应商[2] - 预计2026年光模块TIM市场规模达5-10亿元[2] （十五）CPO与石墨烯导热垫片 - 关于CPO是否会采用石墨烯导热垫片，目前没有进行过具体调研，无法提供确切结论[25] 三、其他重要但可能被忽略的内容 - 鸿富诚现有石墨烯垫片产品存在易碎或易开裂问题，表明粘接性能仍有待提升[6] - 行业内各厂商都在积极寻找更优异的粘接剂方案，包括与国际大厂联合开发或自主调配[6] - 霍尼韦尔的液态金属方案与石墨烯导热垫片方案存在竞争关系[7] - 宏富诚上市成功后获得了用于产能建设的资金[7] - 液态金属在芯片高温工作时会熔化成液态，在芯片与冷板压力下存在被挤压到外部（泵出）风险[9] - 若液态金属流到电路板上