在芯片技術(shù)持續(xù)飛速發(fā)展的背景下，一個(gè)長(zhǎng)期困擾行業(yè)的問(wèn)題逐漸浮出水面：隨著芯片體積不斷縮小、性能日益增強(qiáng)，散熱難題愈發(fā)凸顯，成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。然而，這一難題或?qū)⒂瓉?lái)轉(zhuǎn)機(jī)。東京大學(xué)的一支科研團(tuán)隊(duì)近日宣布了一項(xiàng)革命性的3D水冷系統(tǒng)創(chuàng)新，該系統(tǒng)巧妙利用水的相變?cè)恚瑢?shí)現(xiàn)了熱傳遞效率的大幅提升，增幅高達(dá)7倍。
長(zhǎng)久以來(lái)，摩爾定律推動(dòng)下的芯片微型化進(jìn)程一直是推動(dòng)數(shù)字時(shí)代前行的核心動(dòng)力。但隨著芯片在有限空間內(nèi)釋放出更強(qiáng)大的能量，散熱問(wèn)題也日益嚴(yán)峻，現(xiàn)有冷卻技術(shù)逐漸捉襟見(jiàn)肘。
為了破解這一難題，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員經(jīng)過(guò)不懈努力，開(kāi)發(fā)出一種全新的芯片冷卻技術(shù)，相關(guān)研究成果已在《Cell Reports Physical Science》期刊上發(fā)表。這項(xiàng)技術(shù)不再局限于傳統(tǒng)冷卻方法中水的顯熱吸收，而是巧妙地利用水沸騰或蒸發(fā)時(shí)的潛熱，這一熱量吸收能力是顯熱的7倍之多。
研究指出，傳統(tǒng)冷卻方法受限于水的顯熱，即在不發(fā)生相變的情況下水所能吸收的熱量有限。而水在相變過(guò)程中吸收的熱量則要大得多。項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人石洪遠(yuǎn)解釋，通過(guò)引入兩相冷卻機(jī)制，即利用水的潛熱，可以顯著提升散熱效率。
盡管兩相冷卻技術(shù)的潛力早已為人所知，但其復(fù)雜性也不容小覷，尤其是在控制蒸汽氣泡流動(dòng)方面。提高熱傳遞效率的關(guān)鍵在于微通道的幾何設(shè)計(jì)、兩相流的精確調(diào)控以及流動(dòng)阻力的優(yōu)化。
東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種包含三維微流體通道的新型水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了毛細(xì)管結(jié)構(gòu)和歧管分配層。研究團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)了多種毛細(xì)管幾何形狀，并在不同條件下對(duì)其性能進(jìn)行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)，微通道的幾何形狀以及歧管通道對(duì)冷卻液的分配，均對(duì)系統(tǒng)的熱性能和水力性能產(chǎn)生重要影響。
該系統(tǒng)所展現(xiàn)出的制冷系數(shù)（COP），即有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，最高可達(dá)105，這一數(shù)值遠(yuǎn)超傳統(tǒng)冷卻技術(shù)，標(biāo)志著在熱管理領(lǐng)域取得了重大突破。
“高性能電子設(shè)備的熱管理對(duì)于推動(dòng)下一代技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，”該研究的資深作者野村正弘表示，“我們的設(shè)計(jì)可能為實(shí)現(xiàn)高效的冷卻方案開(kāi)辟了新的道路。”
這項(xiàng)研究不僅為高性能電子設(shè)備提供了潛在的冷卻解決方案，更可能成為未來(lái)設(shè)備性能最大化以及實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵所在。隨著技術(shù)的不斷成熟與應(yīng)用，我們有理由相信，這一創(chuàng)新將為芯片技術(shù)的持續(xù)發(fā)展注入新的活力。
