當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月16日，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）研究團(tuán)隊(duì)宣布開發(fā)出一種超高效液冷技術(shù)，將室溫水直接注入芯片內(nèi)部的級(jí)細(xì)管道來降溫，其冷卻性能指數(shù)達(dá)此前紀(jì)錄的10倍。研究成果于6月15日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《能源轉(zhuǎn)換與管理》上。
隨著AI硬件不斷往高密度集成方向發(fā)展，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量也急劇增加，傳統(tǒng)的空氣冷卻和外部冷卻板方法正逼近它們的物理極限。
為了解決這些技術(shù)瓶頸，該團(tuán)隊(duì)專注于將冷卻劑直接注入芯片的液冷方法，研發(fā)出一種可直接嵌入硅芯片內(nèi)部的3D流形多路微通道冷卻結(jié)構(gòu)。它利用多個(gè)戰(zhàn)略性的入口和出口點(diǎn)來模擬高效的物流網(wǎng)絡(luò)，即使在超過2000瓦/平方厘米的極端發(fā)熱條件下，該設(shè)計(jì)也能讓芯片溫度保持在100℃以下。
研究團(tuán)隊(duì)表示，其關(guān)鍵在于將歧管（冷卻水分配結(jié)構(gòu)）和微通道（比頭發(fā)絲還細(xì)的流道）相結(jié)合的設(shè)計(jì)，以確保冷卻水均勻分配到所有通道。這種分散式設(shè)計(jì)旨在縮短流體的流動(dòng)距離，從而降低了流動(dòng)阻力和泵送壓力。冷卻液在每個(gè)通道內(nèi)只需流動(dòng)極短的距離，流動(dòng)阻力驟降，所需泵送壓力隨之大幅減小。同時(shí)，冷卻液在整塊芯片上的供給更為均勻，有助于維持高度一致的溫度分布。
為達(dá)成既定研發(fā)目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)搭建多精度協(xié)同優(yōu)化框架，融合具備快速迭代能力的一維仿真模型與高精度三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真技術(shù)，同步完成冷卻效率、流道壓力損耗、芯片溫度均勻性三大核心指標(biāo)的一體化優(yōu)化。
實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，同等溫升工況下，這款新型冷卻系統(tǒng)性能系數(shù)（COP）可達(dá)16000，性能數(shù)值為2020年《自然》刊發(fā)行業(yè)最優(yōu)成果（COP約10000）的1.6倍；對(duì)應(yīng)散熱工況下，系統(tǒng)泵送功耗僅為現(xiàn)有主流散熱技術(shù)的十分之一。
依托5mm×5mm標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試芯片完成性能標(biāo)定后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步推演規(guī)?；瘧?yīng)用效能：該技術(shù)適配7.5cm×7.5cm大尺寸AI半導(dǎo)體芯片及數(shù)據(jù)中心散熱冷板，相較現(xiàn)有散熱方案，綜合冷卻效能提升超30%。研究團(tuán)隊(duì)預(yù)判，此項(xiàng)散熱技術(shù)可規(guī)模化落地于高性能計(jì)算芯片、三維堆疊半導(dǎo)體、功率器件及國防電子等高功耗發(fā)熱電子裝備場(chǎng)景。
相較于性能升級(jí)，該技術(shù)降本優(yōu)勢(shì)更為突出。整套散熱體系無需相變制冷、納米界面改性等高復(fù)雜度加工工藝，也無需金剛石等高價(jià)特種散熱基材，僅采用常溫純水作為換熱介質(zhì)，能夠大幅壓縮散熱系統(tǒng)搭建成本與長期運(yùn)維成本。
除此之外，該散熱器件可采用CMOS兼容制程制備，完全適配現(xiàn)有半導(dǎo)體量產(chǎn)工藝流程，可直接落地現(xiàn)有晶圓代工廠產(chǎn)線，無需新增專屬生產(chǎn)設(shè)備，適配現(xiàn)有芯片量產(chǎn)體系快速產(chǎn)業(yè)化落地。
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