最强芯片液冷技术！无需特种散热材料 冷却性能达此前纪录10倍
当地时间6月16日，韩国科学技术院（KAIST）研究团队宣布开发出一种超高效液冷技术，将室温水直接注入芯片内部的极细管道来降温，其冷却性能指数达此前纪录的10倍。研究成果于6月15日发表在国际学术期刊《能源转换与管理》上。
韩国科学技术院研究团队
上排：机械工程系金成镇教授和李益镇教授
下排：李永镇博士（论文一作）、博士生李韩率和博士生黄哲铉
随着AI硬件不断往高密度集成方向发展，设备运转产生的热量也急剧增加，传统的空气冷却和外部冷却板方法正逼近它们的物理极限。
为了解决这些技术瓶颈，该团队专注于将冷却剂直接注入芯片的液冷方法，研发出一种可直接嵌入硅芯片内部的3D流形多路微通道冷却结构。它利用多个战略性的入口和出口点来模拟高效的物流网络，即使在超过2000瓦/平方厘米的极端发热条件下，该设计也能让芯片温度保持在100℃以下。
研究团队表示，其关键在于将歧管（冷却水分配结构）和微通道（比头发丝还细的流道）相结合的设计，以确保冷却水均匀分配到所有通道。这种分散式设计旨在缩短流体的流动距离，从而降低了流动阻力和泵送压力。冷却液在每个通道内只需流动极短的距离，流动阻力骤降，所需泵送压力随之大幅减小。同时，冷却液在整块芯片上的供给更为均匀，有助于维持高度一致的温度分布。
为了实现这一目标，他们采用了一种多精度优化框架，将快速探索的一维模型与精确的三维计算流体动力学（CFD）模拟相结合，从而同时优化冷却性能、压力损失和温度均匀性。
测试结果显示，在相同的升温条件下，该冷却系统的性能系数（COP）达到106000，约是2020年《自然》杂志报道的此前结果（约10000）的10倍。这意味着达到相同散热量所需的泵功率降低至现有技术的十分之一左右。
基于实验装置（5mm × 5mm 测试芯片）的性能测试结果，研究团队表示，当将该系统应用于大型AI半导体（最大 7.5cm × 7.5cm）和数据中心冷板时，冷却性能相比现有方法能提升 30% 以上。他们还预测，该方法可推广应用于高性能计算 (HPC)、3D 堆叠半导体、功率半导体和国防电子设备等会产生大量热量的电子设备。
更关键的是，该技术不仅大幅提升了制冷性能，其重要意义在于降本——整套方案无需相变制冷、纳米表面改性等复杂工艺，也不依赖金刚石等高价特种散热材料，仅以普通常温清水作为冷却介质，将大幅降低搭建与运维成本。
另外，该装置可采用与CMOS工艺兼容的制造工艺，与传统半导体制造流程完全兼容，意味着可在现有芯片代工厂直接落地，无需额外设备即可轻松应用于现有的半导体生产线。
（文章来源：财联社）
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