在光通信产业链的快速演进中,一个正在加速发酵的关键话题是“散热”。随着数据中心算力规模的扩张,CPO(共封装光学)与LPO(线性驱动可插拔光学)被业界视为下一代光模块的技术方向。然而,当传输速率从400G向800G、1.6T演进,光电共封装所带来的热管理挑战被放大至前所未有的程度。电芯片与光引擎之间的温差与热串扰,成为制约信号完整性和系统可靠性的瓶颈。而这正是金刚石材料切入的入口。
9月11日,四方达在投资者关系平台上回应投资者关心的问题时,提及公司在大尺寸(英寸级)金刚石衬底与薄膜的量产能力,并明确表示将关注光通信领域的市场机会。尽管表述谨慎,但这背后所折射出的趋势,已足以让整个行业重新审视金刚石的商业化进程。
CPO/LPO的散热困局
光模块产业的迭代速度极快。传统的可插拔式光模块虽然沿用了多年,但在800G时代已经逐渐逼近功耗极限,单通道发热量快速攀升。LPO通过简化电驱动链路降低功耗,而CPO则直接将光学器件与交换芯片封装在一起,显著减少信号损耗与功耗。然而,两者的共同点在于:散热压力显著提升。
在CPO架构下,电芯片与光引擎近距离集成,产生的热量相互耦合。如果不能有效抑制热串扰,信号完整性和传输速率都会受到影响。LPO虽然仍采用模块形态,但功率密度依然高企,模块内部的热设计成为决定寿命与稳定性的关键。由此,光通信行业迫切需要具备高导热率、低介电常数、可与硅光工艺兼容的散热材料。
金刚石的“完美解答”
在材料候选名单中,金刚石的热导率优势几乎无可替代。天然金刚石的热导率可达2000W/m·K以上,即便是CVD法制备的单晶或多晶薄膜,也远超铜、硅、碳化硅等常用材料。嵌入式金刚石散热片可作为光引擎与电芯片之间的“隔热层”与“导热桥”,既能抑制横向热串扰,又能快速导出垂直热流。
事实上,国际前沿企业已经给出验证案例。Diamond Foundry曾披露,其团队将金刚石薄膜直接键合至硅光芯片,用于数据中心光模块的散热,结果显示效率提升超过3倍。这意味着,金刚石不仅是理论上的优解,而是正在走向实际应用的路径。
四方达的“英寸级”突破
过去十年,我国金刚石产业更多是在超硬材料的加工环节,应用集中在切削、钻探和磨削。随着功率半导体、热管理和光电子产业链的拓展,国产企业逐渐向高端衬底与薄膜过渡。
四方达此次对外披露的信息,意味着其在单晶或大尺寸多晶金刚石衬底的CVD制备上已具备批量能力。对于光通信产业而言,尺寸决定了工艺兼容性与成本摊薄能力。毫米级金刚石片虽可用于散热测试或实验室器件,但只有英寸级材料,才能满足大规模光引擎、光芯片的封装需求。
目前,全球范围内能够提供大尺寸CVD金刚石衬底的厂商并不多,除Diamond Foundry、Element Six等国际巨头外,我国企业正在快速追赶。四方达作为A股市场代表性超硬材料企业之一,若能抓住光通信和数据中心的散热窗口,将有机会打开新的成长空间。
当光通信行业把带宽提升、功耗优化与系统稳定性放在首要位置时,散热问题已经从“辅助工程”变为“核心环节”。金刚石材料凭借其独特的热物性,成为最具潜力的候选方案。国内企业正处于关键的时间窗口:市场对英寸级材料的迫切需求,以及数据中心迭代所带来的巨大市场空间。