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该系统制冷系数（COP）最高可达10万，显着优于传统冷却技术。

克日，东京年夜 学的研讨 团队颁布 了一种创新的3D水冷系统，该系统充分使用了水的相变过程，实现了高达7倍的热通报屈从 提拔。这一研讨 结果现在颁发 在《Cell Reports Physical Science》杂志上。

摩尔定律所形貌的芯片连续微型化趋向 不绝是数字期间成长 的强年夜 动力。然而，跟着 芯片尺寸不断缩小且机能 日益强年夜 ，散热问题渐渐成为制约其成长 的症结 瓶颈，现有的冷却技术已难以满意需求。

现在，一种有效的冷却办法 是在芯片内部直接构建微通道。这些渺小 的通道通过轮回 水汲取并带走热量。然而，这种办法 受到水的“显热”的限制，即水在不发生 相变的情况下能够汲取的热量。相比之下，水在沸腾或蒸发时汲取的“潜热”年夜 约是其显热的 7 倍。该研讨 的重要作者解释称：“通过使用水的潜热，可以实现两相冷却，从而显着进步散热屈从 。”

此前的研讨 已经展现 了两相冷却的潜力，但也指出了该技术的复杂性，重要是由于在加热后难以把握 蒸汽气泡的活动。同时进步热通报屈从 取决于多种因素 ，包含 微通道的几何形状、两相流的调控以及活动阻力。

此次研讨 的新型水冷系统包含 三维微流体通道布局，使用毛细管布局和歧管分派 层，同时设计和制作 了各种毛细血管几何形状，并在一系列条件下研讨 了它们的特性。

其焦点技术采用双级活动设计：冷却剂先流经宽幅歧管，再进入20微米宽的精密微通道收集 ，精准锁定芯片热门实现刹时汽化散热。团队证明该筹划 热流密度可达1千瓦/平方厘米，完美适配下一代AI芯片需求，且微通道可直接蚀刻于硅晶圆背面 ，兼容现有半导体工艺。

研讨 发现，冷却液流经的微通道的几何形状以及把握 冷却液分派 的歧管通道，都邑 影响系统的热机能 和水力机能 。按照 其所测量的有效冷却输出与所需能量输入的比率，即制冷系数（COP），最高可达10万，这一数字显着优于传统冷却技术。

当前的芯片散热筹划

跟着 芯片技术的不断进步 ，芯片机能 在日益提拔的同时功耗也随之增长。按照 统计数据，电子元器件温度每升高2℃，可靠 性下降 10%，温度达到50℃时的寿命只有25℃时的1/6，是以 数据中心及AI芯片厂商都在不断探索散热技术以保证其产物机能 。

前文提到的芯片内微通道散热就是当前芯片散热的一种技术。该技术最初是由斯坦福年夜 学的TUCKERMAN和PEASE在1981年提出，其在硅衬底上加工了宽度为 50 μm的微通道布局，在 790 W/c㎡的热流密度下，芯片的温升被把握 在71℃以内。2022 年，北京年夜 学提出了一种双H型芯片歧管内嵌冷却布局，采用硅-硅键合工艺集成，可针对面积为400m㎡、功耗为417W的芯片，在温升为22.2℃的情况下，实现了对104.3 W/c㎡热流密度的冷却。另外，洛桑联邦理工学院的研讨 人员再次升级 了嵌入式冷却的想法，从一开端 就将电子元件和冷却装置设计在一起 ，在芯片内部设计了三维冷却通道，在晶体管的有源部门下方，隔断现实发生 热量的处所 只有几微米，如许可以防止热量在整个设备中扩散。

跟着 市场需求的增长 ，越来越多的企业开端 涉足芯片级散热领域，芯片厂商台积电、英伟达、英特尔等均有本身的散热筹划 。

其中 ，台积电在2021年针对高机能 芯片提出了两种近芯片冷却筹划 ，一种是在芯片与硅微通道之间采用氧硅键合举办 集成，可在特定温升和功耗下实现有效冷却；另一种是片上水冷技术，能满意差别参数芯片的散热需求。2022年又提出浸没式两相冷却筹划 ，将浸没式冷却应用 于高功率封装上，热阻低，可在一定温升下实现高功率密度的冷却，且该筹划 在电源使用屈从 方面表现优异，有望成为将来数据中心或超算中心主流的冷却办法 之一。

英伟达推出了基于直接芯片冷却技术的A100 800G PCIe液冷GPU，较风冷版本机能 相当，但电力节流30%左右，单插槽设计节流最多66%的机排挤间。2024年颁布 的GB200 NVL72，单功率约120kw，采用液冷系统设计，低落了成本和能耗。别的，英伟达还率先采用钻石散热GPU举办 测试实验，机能 显着提拔。

英特尔的散热筹划 重要是通过“新质料和布局改革 ”，涵盖了从3D均热板的改良 和射流液体冷却，以及浸没式冷却相干的优化设计。比方筹划通过改良 的沸腾涂层来促进两相冷却中的成核点密度，进步均热板工质的核沸腾能力，并低落干戈 热阻。

日月光半导体在2024年10月颁布 的“封装布局”专利中，引入了一种第一热电布局，具备温度感测模式和制冷模式。该热电布局能够穿入介电层，切近 芯片的第一外貌，从而在制冷模式下对芯片供给 有效的冷却。

值得注意的是，按照 相干数据表现，2024年举世数据中心热办理 市场范围 为165.6亿美元，估计 到2029年将增长 至345.1亿美元，2024-2029年的复合年增长 率（CAGR）为15.8%。从技术渗出率来看，Omdia估计 2023年数据中心风冷和液冷市场范围 为76.7亿美元，其中 液冷的渗出率约为17%。

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