Intensyvėjant AI lenktynėms, aukštos{0}}galybės GPU lustų energijos suvartojimas ir toliau smarkiai didėja. NVIDIA H100 vienos kortelės energijos suvartojimas siekia 700 W, naujoji Blackwell serija padidina ją iki 1000–1400 W, o naujausios Vera Rubin architektūros GPU didžiausias energijos suvartojimas viršija 2300 W. Tokie ekstremalūs galios lygiai tapo pagrindine kliūtimi kuriant naujos kartos AI lustą.
Šiuo metu aušinimas skysčiu ir panardinamasis aušinimas plačiai naudojami serverio lygio šilumos valdymo pramonėje. Tačiau šie metodai negali išspręsti pagrindinės beveik lusto vietos šilumos kaupimosi problemos. Dėl nuolatinių karštųjų taškų dažnis mažėja ir našumas, labai apribodamas aukščiausios klasės AI lustų galimybes. Deimantų pagrindu pagaminta šilumos išsklaidymo technologija pasirodė kaip veiksmingas būdas įveikti šį iššūkį.
Rinkoje paplitusi klaidinga nuomonė, kad pagrindinis deimantų pranašumas yra tik didelis šilumos laidumas. Tiesą sakant, pagrindinis deimantų konkurencingumas slypi dvejopoje jo savybėje: itin aukštas šilumos laidumas kartu su puikiu šiluminio plėtimosi suderinimu su drožlių medžiagomis-; tokio derinio negalima lengvai pasiekti naudojant tradicines medžiagas, tokias kaip varis, sidabras ir silicio karbidas.
Pagrindiniai duomenys rodo, kad CVD vienakristalinio deimanto šilumos laidumas viršija 2000 W/(m·K), o izotopiškai išgrynintos versijos viršija 3000 W/(m·K)-maždaug penkis kartus daugiau nei įprasto vario. Dar svarbiau, kad deimantas pasižymi puikiu šiluminiu suderinamumu: jo šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) yra tik 1,0–1,1 ppm/K, o tai labai atitinka silicio 2,6 ppm/K, todėl šiluminis neatitikimas yra tik 1,5 ppm/K. Priešingai, vario, dažniausiai naudojamo pramonėje, CTE yra 16,5–17 ppm/K, todėl neatitikimas su siliciu yra maždaug 14 ppm/K- eilės tvarka didesnis nei deimantų.
Dabartiniai AI lustai paprastai naudoja 2,5D ir 3D krovimo procesus, kurie tankiai koncentruoja šilumos šaltinius tarp sluoksnių ir pablogina šiluminę skerspjūvį. Vario pagrindu pagamintos konstrukcijos, turinčios didelį šiluminį neatitikimą, nuolat plečiasi ir susitraukia, kai nuolat keičiasi temperatūrų ciklas, todėl lydmetalio jungtys greitai pavargsta ir trūkinėja tarp paviršių, o tai labai sumažina lusto patikimumą ir tarnavimo laiką. Dėl labai mažo šiluminio neatitikimo deimantas iš esmės sumažina šiluminį įtampą lustų sąsajose ir išvengia pakuotės gedimo rizikos, todėl jis puikiai atitinka aukščiausios klasės AI lustų evoliucijos tendencijas.
Polikristalinis deimantas pasiekia 1000–2200 W/(m·K) šilumos laidumą naudojant tokį patį CTE kaip ir vieno kristalo deimantas, be to, jis gali būti gaminamas didelių dydžių mažesnėmis sąnaudomis, todėl tinkamas naudoti didelio masto kaip DI serverių šilumos šalintuvai. Deimantų ir vario kompozitų šilumos laidumas yra 500–650 W/(m·K), derinamas CTE ir geras apdirbamumas -tai ekonomiškas kompromisas, išsprendžiantis tradicinę dilemą „didelis šilumos laidumas, bet prastas lustų suderinamumas“.
Nepaisant šių išskirtinių materialinių pranašumų, pramoninis pritaikymas vis dar susiduria su dviem pagrindiniais techniniais iššūkiais.
Pirma, sąsajos šiluminė varža. Yra plačiai paplitusi klaidinga nuomonė, kad bet kokia medžiaga, kurioje yra deimantų, automatiškai užtikrina penkis kartus geresnį aušinimą nei varis. Tiesą sakant, prasti sujungimo procesai gali sukurti labai didelę sąsajų šiluminę varžą, paneigiančią būdingą puikų deimantų laidumą ir labai pablogindami šilumos išsklaidymą. Antra, itin tikslus apdirbimas ir sąsajų sujungimas. Dėl ypatingo deimantų kietumo visiems tiksliams žingsniams reikalinga specializuota įranga ir procesai, padidinantys apdorojimo barjerą. Be to, dėl silpno deimanto ir vario sąsajos sujungimo reikia naudoti sąsajos modifikavimo metodus, tokius kaip titano arba volframo danga, kad būtų pasiektas stabilus mišinys ir užtikrintas ilgalaikis patikimas veikimas.
Dabartinis dirbtinio intelekto lusto energijos suvartojimas auga „trigubai per trejus metus“, o plačiai pritaikius 3D krovimą, tarpsluoksnių šilumos kaupimasis ir lokalizuotos karštosios vietos tapo vis ryškesnės. Šios karštosios vietos yra pagrindinė veikimo pablogėjimo ir priverstinio dažnio mažinimo priežastis. Svarbu paaiškinti, kad deimantinis šilumos paskirstymas ir aušinimas skysčiu yra ne pakaitalai, o vienas kitą papildantys sprendimai: deimantas padeda išlyginti ekstremalius vietinius šilumos srautus ir pašalinti karšto taško kaupimąsi, -sustabdydamas šilumos koncentraciją netoli sankryžos-, o aušinimas skysčiu pašalina tolygiai pasklidusią šilumą iš sistemos ir užbaigia atmetimo tolimąjį galą.
Namų deimantų šilumos išsklaidymo pramoninė grandinė rodo, kad žaliavos yra stiprios, bet santykinis silpnumas tolesniuose pagrindiniuose procesuose. Sintetinių deimantų auginimo pradžioje Kinijos techninės galimybės gaminti didelio ploto polikristalinį deimantą yra tokios pačios arba kai kuriais rodikliais netgi lenkia užsienio kolegas. Tačiau vis dar yra spragų kitose pagrindinėse technologijose, tokiose kaip plokščių lygio belitinis tiesioginis sujungimas ir tikslus mažo šiluminio atsparumo proceso valdymas.
Kalbant apie sąnaudas, didelis MPCVD įrangos elektros suvartojimas yra pagrindinis masinės gamybos sąnaudų spaudimas. Siekdamos išspręsti šią problemą, pirmaujančios šalies įmonės, tokios kaip „SF Diamond“, „Huanghe Whirlwind“ ir „Huifeng Diamond“, strategiškai didina gamybos pajėgumus žemų elektros kainų regionuose, tokiuose kaip Sindziangas ir Vidinė Mongolija, naudodamos nebrangią energiją, didelės kameros gamybos įrangą ir patentuotus procesus, siekdamos nuolat mažinti gamybos sąnaudas.
Apskritai, atsižvelgiant į nuolat didėjančio dirbtinio intelekto lustų energijos suvartojimo tendenciją, tradicinės vario pagrindu pagamintos šilumos išsklaidymo medžiagos pasiekė savo fizinio veikimo ribas ir vargu ar gali patenkinti naujos kartos aukščiausios klasės lustų poreikius. Deimantas, pasižymintis unikaliu itin didelio šilumos laidumo ir mažo šiluminio neatitikimo deriniu, išsiskiria kaip efektyvus pažangių AI lustų šilumos valdymo sprendimas.