首個(gè)微芯片內(nèi)集成液體冷卻系統(tǒng)問世

來源：科技日報(bào)

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2020-09-10 05:13:09

科技日報(bào)北京9月9日電 (記者張夢然)英國《自然》雜志9日發(fā)表一項(xiàng)電子學(xué)重磅研究，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了首個(gè)微芯片內(nèi)的集成液體冷卻系統(tǒng)，這種新系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電子冷卻方法相比，表現(xiàn)出了優(yōu)異的冷卻性能。這一成果意味著，通過將液體冷卻直接嵌入電子芯片內(nèi)部來控制電子產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量，將是一種前景可觀、可持續(xù)，并且具有成本效益的方法。

隨著全世界數(shù)據(jù)生成和通信速率不斷提高，以及不斷努力減小工業(yè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的尺寸和成本，人們對小型設(shè)備的需求與日俱增，這使得電子電路的冷卻變得極具挑戰(zhàn)性。

一般而言，水系統(tǒng)可用于冷卻電子器件，但這種冷卻方式效率低下，而且對環(huán)境的影響越來越大。例如，僅美國的數(shù)據(jù)中心每年就使用24太瓦時(shí)的電力和1000億升水進(jìn)行冷卻，這與費(fèi)城這樣規(guī)模的城市的用水量相當(dāng)。

工程師認(rèn)為，將液體冷卻直接嵌入微芯片內(nèi)部，是一種很有前途和吸引力的方法，但目前的設(shè)計(jì)包括單獨(dú)的芯片制造系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，因而限制了冷卻系統(tǒng)的效率。

鑒于此，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員埃利松·梅提奧里及其同事，此次描述了一種全新集成冷卻方法，對其中基于微流體的散熱器與電子器件進(jìn)行了共同設(shè)計(jì)，并在同一半導(dǎo)體襯底內(nèi)制造。研究人員報(bào)告稱，其冷卻功率最高可達(dá)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的50倍。

電子電路的冷卻被認(rèn)為是未來電子產(chǎn)品最主要挑戰(zhàn)之一。團(tuán)隊(duì)總結(jié)稱，一般冷卻時(shí)通常會產(chǎn)生巨大的能量和水消耗，對環(huán)境的影響越來越大，而現(xiàn)在人們需要新技術(shù)以更可持續(xù)的方式進(jìn)行冷卻，換句話說，需要更少的水和能源。

對于此次的新成果，研究人員認(rèn)為，這可以使電子設(shè)備進(jìn)一步小型化，有可能擴(kuò)展摩爾定律并大大降低電子設(shè)備冷卻過程中的能耗。他們表示，通過消除對大型外部散熱器的需求，這種方法還可以使更多的緊湊電子設(shè)備(如電源轉(zhuǎn)換器)集成到一個(gè)芯片上。

總編輯圈點(diǎn)

很多因素都可能限制芯片的性能，但其中最讓人頭疼的就是熱量。摩爾定律一直警告我們：更多的晶體管、更高的切換頻率，必然意味著更多的熱量。多年來，為了冷卻電子器件產(chǎn)生的過多熱，工程師們已絞盡腦汁。但面對尺寸越來越小的器件，冷卻方法也需要徹底變革，一個(gè)好辦法就是，整合它們——將散熱器與電子器件集成在一起。這一技術(shù)目前仍然在優(yōu)化中，但其針對冷卻難題給出的新答案，已經(jīng)是一項(xiàng)引人注目的成就。