人工智能迎来新机遇：新冷却技术让未来的芯片运行得更热、更快——而不会自行熔化！ 每年，我们的手机、笔记本电脑、VR耳机和数据中心芯片都变得更薄、更快、更强大。这种进步伴随着一个我们很少看到但总是感觉到的问题：热量。 当处理器在小于邮票的区域内每秒处理数万亿次操作时，它消耗的能量会凝结成强烈的局部热通量。与笔记本电脑的温暖背部不同，这些内部热点在几毫秒内就会上升到破坏性的温度。它们烤烧晶体管，扭曲材料，并悄悄地缩短了原本看起来完美的设备的寿命。 热失效是电子技术发展的主要限制因素之一。硅物理学使我们能够使芯片更加致密；材料科学使我们能够垂直堆叠它们；但有一个严格的物理要求是我们无法规避的——热量必须以芯片产生热量的速度离开芯片。否则，性能必须受到限制，或者设备必须发生故障。换句话说：如果没有更好的冷却，计算进度就会停滞不前。 热管理作为进步的守护者传统的冷却解决方案——风扇、散热器——适用于手机和笔记本电脑，但不适用于新兴的超紧凑、高通量设备：无人机的微型人工智能加速器、可穿戴医疗植入物、边缘处理模块或服务器中的高密度计算核心。这些新系统每平方厘米产生数千瓦的热量，密度与火箭发动机燃烧表面相当，并且在负载下持续产生热量。冷却不再是事后的想法。现在这是一个一阶设计约束。工程师不仅要计算得更快，而且要在狭小的空间内以最小的能源成本大规模更快地转移热量。 微流体冷却的兴起最有前景的解决方案之一是微流体冷却：引导液体冷却剂通过直接内置于芯片内或芯片后的微观通道的行为。与空气不同，液体具有更大的热容，可以有效地将热量从表面带走。但现有的微流体系统一直在努力跨越关键的性能障碍。在压力和能源成本变得过高之前，大多数平台的散热量低于2000 W/cm²。 一项新研究报告了一项突破，极大地推动了这一极限，有可能改写硅上的热可能性。该团队的创新是基于三个层的垂直集成相互作用，这些层按顺序工作并直接雕刻在硅基板的背面。顶层是一个锥形歧管，它将进入的水均匀地分布在芯片表面，确保下方的每个通道都能获得相等的冷却剂份额。如果没有这种均衡，尽管其他地方变冷，局部热量仍可能飙升。在它下面是一层微射流——微小的高速流体流，直接影响芯片的关键热界面。这种冲击穿透了热边界层——一层薄薄的停滞绝缘流体垫，以保护芯片免受较冷区域的接触——从而加速了热量的提取。底层是具有锯齿形侧壁的微通道层。这些凹槽有效地收集并排出芯片中的热水流，防止再循环或停滞，并为新鲜冷却剂的到达腾出空间。 通过标准MEMS工艺蚀刻，这些层像同步冷却引擎一样相互作用，降低芯片温度，特别是计算量大的人工智能芯片。
