2023年，ChatGPT的横空出世仿佛在略显平淡的科技界投下一颗原子弹，其炸裂的表现令世人震惊，由此引发了AI（人工智能）在全球范围内的广泛关注和研发投资热潮，2024年Sora的惊艳亮相更是为这热潮再填一把火。

然而“热得发烫”AI背后，伴随高算力芯片而来的高功耗引起的散热问题却是一个巨大挑战，同时也为各类散热技术带来了机遇，破局之道就在于通过创造性、颠覆性的技术探寻出最优散热解决方案。

作为目前已知热导率最高的材料，石墨烯散热方案综合优势显著，有望在散热领域引发变革性甚至颠覆性技术创新，成为解决散热瓶颈的备选方案之一。今天小编就带你聊一聊石墨烯散热。

AI的尽头是散热？

随着通信设备、电子元器件、大规模集成电路等领域不断朝着高性能、高可靠性和小型化方向发展，芯片集成度和功率密度持续提高，导致局部热流密度大幅上升，特别是人工智能、大数据的迅猛发展对芯片提出了更高的要求。相关数据显示，5G芯片处理能力是4G芯片的5倍，但5G芯片/基站耗电量是4G的3倍以上，发热量大幅上升。海量数据的需求推动了芯片面积和数量的迸发式增长，同时芯片的功耗也在持续增加，据悉，单颗高性能AI芯片的热设计功耗将突破1000W，达到了传统风冷散热的极限。

专家指出：“有超过55%的芯片失效都是来源于热量传不出去或温度升高而引起”；“电子元器件温度每升高2℃，整机可靠性就会下降10%……”。如何将热量迅速传导出去已成为保证产品和系统的效率、可靠性、安全性和持续稳定性的关键，散热已成为电子信息领域发展的最大痛点。人工智能的竞争根本上是算力的竞争，散热的“力不从心”将成为高性能AI芯片的烫手难题，可以说AI的尽头或许是散热 。

石墨烯散热让电子器件冷静下来

目前通行的散热方式可分为主动与被动两种方式。大型设备、电脑等主要采用主动与被动结合方式散热，而手机、平板电脑等轻薄型消费电子产品受内部空间结构限制影响，多采用被动散热方案。主流的被动散热方案包括石墨片、石墨烯、导热界面材料（TIM）、热管（HP）和均热板（VC）等。

散热技术或热管理是非常复杂的系统工程，从芯片到器件到终端应用产品，每一个环节、每一个层级都存在散热需求，且涉及不同的底层材料和技术路线，而且多种散热材料/形式的组合方案性能上更有优势。

未来散热行业竞争也将充满机遇和变化，只有通过创造性、颠覆性的散热方案从根本上实现规模数量级或数倍的能力提升，才可能解决目前高端芯片的散热痛点。

石墨烯作为最具颠覆性的前沿新材料，具有极为优异的导热性能，同时具轻、薄、柔、强等特点，且厚度可控，有望成为创新性的散热解决方案。石墨烯散热产品主要有以下优势：

　　⏩ 具有超高热导率

　　目前主流应用的散热材料如人工石墨膜热导率为700-1300W/m·K，导热界面材料（TIM）热导率普遍低于10W/m·K，如导热硅脂热导率一般为0.8-5.0W/m·K。而石墨烯商用散热产品横向热导率超过1800W/m·K，纵向热导率达90W/m·K以上，无论用于导热膜和导热界面材料均有出色的导热性能；且其导热性能具有典型的各向异性，沿着其平面方向的热导率较垂直方向的热导率高出两个数量级以上，这为设计具有超高导热性能的散热结构和材料提供了新的思路。

　　⏩ 在柔性电子散热中优势明显

　　随着柔性电子在大规模集成电路、5G和人工智能、可穿戴设备等领域越来越多的应用，其散热材料的柔韧性也成为性能提升的关键。石墨烯导热膜的柔性好，可随意弯曲，而且往复拉伸下仍可保持原有结构，其柔韧性显著优于人工石墨膜。据测试，石墨烯导热膜和人工石墨膜在（R2,180°）条件下的耐弯折次数分别为＞20万次和约2万次左右。石墨烯散热解决方案在折叠屏手机等柔性电子器件中具有不可比拟的优势。

　　⏩ 兼顾高热导率与高热通量

　　近年来人工石墨散热膜已逐渐占据消费电子散热的主流市场，但其虽然热导率高，厚度却较薄，一般为25-60μm，导致热通量不足，在实际应用中，不得不采用多层叠加的方式来提升厚度，不仅增加成本，还因层间的巨大界面热阻而大幅降低了散热能力，无法满足智能手机等新一代电子产品对于高热通量的需求。而石墨烯导热膜厚度可达100-300μm，且厚度可控，是可以兼顾高热导率和高热通量的理想导热材料。

　　⏩ 具有轻、薄特性

　　目前传统散热器多为铝、铜等材料制成的散热器或均热板，重量较重，所占体积较大，使得系统整体功耗上升，影响散热效果，特别是目前手机等电子产品朝着轻薄方向发展，散热器件也需轻、薄，石墨烯具有超轻超薄特性，比表面积大，散热性能好，石墨烯散热产品在轻量化方面更具优势。

未完待续，敬请期待...

来源：CGIA Research 明语倾城