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日本東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所近日宣布開(kāi)發(fā)出一款創(chuàng )新型3D水冷系統，通過(guò)精準利用水的相變過(guò)程（即汽化吸熱原理），成功將芯片散熱效率提升至傳統技術(shù)的7倍。這項突破性成果不僅為解決高密度芯片散熱難題提供了新方案，更被視為推動(dòng)高性能計算、人工智能及碳中和技術(shù)的關(guān)鍵突破。 技術(shù)突破：熱傳遞效率倍增背后的科學(xué)原理 東京大學(xué)研究團隊在《Cell Reports Physical Science》期刊中詳述了系統的技術(shù)架構。該方案創(chuàng )新性地結合三維微流體通道、毛細管結構與歧管分配層設計，構建出一種全新的兩相冷卻機制。與傳統依賴(lài)水“顯熱”的單相冷卻不同，該系統通過(guò)控制水流溫度至沸點(diǎn)區間，使冷卻液在水蒸氣狀態(tài)高效吸收潛熱，吸收熱量能力達到常規液態(tài)的7倍。 核心突破點(diǎn)： 潛熱捕集技術(shù)：利用水沸騰時(shí)吸收的潛熱（約2260kJ/kg）遠超顯熱（4.2kJ/kg），通過(guò)微通道內精準的溫度梯度控制實(shí)現高效熱交換； 動(dòng)態(tài)氣泡管理：創(chuàng )新的雙級流動(dòng)設計，采用寬歧管與20微米微型通道協(xié)同工作，抑制蒸汽氣泡聚集引發(fā)的流動(dòng)阻塞； 自適應結構優(yōu)化：實(shí)驗室測試顯示，系統制冷系數（COP）最高可達105，較傳統風(fēng)冷提升兩個(gè)數量級，滿(mǎn)足下一代AI芯片1kW/cm²的極端熱流密度需求。 應用前景：從實(shí)驗室到產(chǎn)業(yè)化的多領(lǐng)域賦能 東京大學(xué)團隊已驗證系統在500W/cm²熱流密度下的穩定性，其成果正吸引全球科技企業(yè)的密切關(guān)注。潛在應用領(lǐng)域包括： 高性能計算：為處理生成式AI訓練的超級計算機提供高密度散熱方案，降低數據中心的PUE值； 新能源汽車(chē)：適配800V高壓平臺SiC逆變器模塊的緊湊化需求，延長(cháng)電驅系統壽命； 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：為激光雷達、毫米波雷達等邊緣設備實(shí)現無(wú)風(fēng)扇靜音散熱。 生態(tài)協(xié)作：產(chǎn)業(yè)鏈加速落地進(jìn)程 日本東京大學(xué)已將該技術(shù)授權給三家半導體設備廠(chǎng)商進(jìn)行工程化試驗。同時(shí)，該團隊正與臺積電、英特爾等企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合研究： 工藝適配性：微通道結構可直接蝕刻于晶圓背面，與現有CMOS產(chǎn)線(xiàn)兼容； 能效革命：據估算，采用該系統的服務(wù)器集群能耗可降低35%-40%，助力全球碳中和目標達成； 安全性突破：通過(guò)歧管分流層設計消除蒸汽爆炸風(fēng)險，獲得IEC 60747-17標準認證。 目前，研究團隊已就該技術(shù)申請了多項專(zhuān)利，并正在與多家企業(yè)合作，推動(dòng)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步成熟和成本的降低，這種基于水的相變冷卻方案有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應用，為解決高熱流密度設備的散熱問(wèn)題提供新的有效途徑。 |
