突破散热限！刷新世界纪录的芯片冷却技术。

数据中心常被称作“耗电巨兽”。人工智能运本身会消耗巨量电力，芯片工作时持续发热，配套散热系统同样需要大量能耗。随着大模型、生成式AI技术快速迭代，AI芯片能持续攀升，芯片集成度与运速率大幅提升，单位面积的发热量也随之急剧暴涨，热流密度散热成为制约端力发展的核心难题。目前行业普遍采用的传统风冷散热、外置铜质散热片等案，受物理结构和散热率限制，已逼近实际应用限，法满足力芯片的持续稳定散热需求。为破解这行业痛点，韩国科学技术院（KAIST）科研团队耕芯片热管理技术，成功研发出款芯片内置液冷散热技术，为端电子设备散热难题提供了全新解决案。

韩国科学技术院16日对外公布，由机械工程系金成振教授、人工智能与计机学院李益振教授联牵头的跨学科研究团队，攻克了热流密度芯片散热技术难题，成功开发出适配端半体芯片的液冷散热技术。该技术大的实用优势，是可直接采用常规常温清水作为冷却介质，对负载工况下的半体芯片进行降温，摆脱了传统液冷技术对低温冷却水、特殊冷却介质的依赖。团队的核心技术案，是将直径远小于人类发丝的微米液冷微通道，直接集成嵌入硅半体芯片内部，实现散热结构与芯片本体的体化融。实测数据显示，即便在2000瓦/平厘米的端发热工况下，该散热系统仍可稳定运行，将芯片核心温度严格控制在100℃以内，保障芯片持续能运转。

研究团队的核心创新载体，是在硅芯片内部集成的歧管微通道（MMC）结构，这也是区别于传统微通道散热技术的核心设计。常规微通道散热技术，依靠芯片表层布设的微米流体管路输送冷却液、带走设备热量，但传统结构设计存在明显缺陷。在传统案中，冷却液需要贯穿芯片整条微通道，从端输送至另端完成热交换，过长的流体流动路径会大幅增加冷却液的流动阻力，为保障冷却液正常循环，设备需要消耗的泵送功率，不仅增加能耗云浮PVC管件胶，还会降低整体散热能，长期运行成本较。

本次研发的新型歧管分流微通道结构，重构了冷却液的循环逻辑，通过多组分布式入口通道均匀分配冷却液，完成热交换后再经由多条出口通道统回收，形成短路径、分布式的散热循环网络。该原理可通过物流配送网络直观类比：传统散热模式如同单点长途运输，所有热量依靠单道输送排出，路径长、损耗大；新型结构则如同全域布设集散中心，就近完成热量交换与介质循环，大幅缩短冷却液在单条流道内的流动距离。这设计不仅显著降低流体阻力与设备泵送压力，减少散热系统能耗，还能让冷却液均匀覆盖芯片全域，杜局部散热不均、温度偏的问题，有提升整块芯片的温度分布均衡，避芯片因局部过热出现降频、故障等问题。

本次研究的核心创新并非单纯缩小微通道尺寸，而是通过系统化、智能化的设计优化，实现散热能与能耗的双向优。研究人员针对芯片微通道的宽度、度、排布数量、布局式以及冷却液流速等多项核心参数，开展全位迭代优化，在大化芯片散热能力、适配发热工况的同时，大限度降低散热系统的能量损耗。为筛选优设计案，研究团队搭建了多保真度优化框架，采用分层研发模式，先通过运率的维模型，大范围筛选海量基础设计案，快速剔除低、不适配的结构，泡沫板橡塑板专用胶再依托精度仿真技术，对筛选后的优质案进行精细化调校，优化各项参数配比。

依托这套科学的优化体系，团队同步实现了散热能、流体压降、芯片温度均匀度三大核心指标的协同优化。过往相关研究受限于计机力，法完整遍历海量设计案，难以找到兼顾各项能的优结构，而本次优化框架突破了传统研发的力局限，在庞大的设计空间中锁定了适配热流芯片的优结构案，解决了传统散热设计能失衡的痛点。

此前，全球歧管微通道散热技术的相关研究，普遍存在冷却液分配不均的共问题，即部分微通道冷却液流量充足、散热果好，而部分通道供液不足、散热能力薄弱云浮PVC管件胶，致芯片整体散热率受限，法发挥结构设计的大优势。针对这行业技术短板，研究团队结简易计模型与精度仿真模拟，对数百种结构设计案逐演、对比测试，反复验证不同结构的分流果、散热能与能耗表现，终敲定了能够实现全域均匀分流、兼顾散热与低能耗运行的优构型，解决了传统结构分流失衡的核心问题。

研究团队将这套优化后的新型歧管微通道结构，成功加工集成至实体硅半体芯片，并通过多项严苛工况实验完成能验证。在统的芯片温升测试条件下，该新型芯片液冷散热系统的制冷能系数（COP）达到106000，数值是2020年《自然》期刊刊载的范厄普团队全球优纪录（约10000）的十倍。从实际应用角度来看，在带走同等芯片热量、实现同等散热果的前提下，这套全新技术案仅需传统顶散热案十分之的泵送功耗，节能优势为突出。

值得关注的是，该技术的能优势需依赖端工艺与昂贵材料，具备强的落地实用。整套散热案需采用相变制冷、纳米表面改等复杂工艺，也不依赖金刚石等价特种散热材料，仅以普通常温清水作为冷却介质，大幅降低散热系统的搭建与运维成本。同时，芯片集成微通道的制备工艺温度低于350℃，兼容当前主流的半体量产制造流程，需对现有芯片产线进行大规模改造、新增昂贵设备，能够快速适配工业化量产，具备的商业化落地价值。

该技术可有破解各类热流密度电子设备的热管理难题，应用场景覆盖AI加速芯片、能计（HPC）系统、三维半体封装、功率电子器件、军工精密电子设备等多个端域。当前，全球力产业快速发展，数据中心的发展瓶颈已从单纯的力不足，逐步转变为散热功耗过、冷却基建成本庞大、散热率不足等问题。这款芯片低功耗液冷散热技术，能够从硬件底层降低力设备的散热能耗，大幅提升下代数据中心的整体能源利用率，缓解端AI芯片的散热瓶颈，为力产业绿低碳发展提供核心技术支撑。

金成振教授表示：“随着AI半体芯片能持续升、电子封装技术不断迭代，设备的能上限发受制于温散热问题。我们研发的这项液冷技术，适配力、发热的端硬件场景，能够成为未来能计系统的基础散热解决案，为行业突破力与能耗平衡瓶颈提供核心支撑。”

本论文作者为韩国科学技术院机械工程系李荣振、黄哲贤、李汉松。相关研究成果已于6月15日正式发表于期刊《能源转换与管理》，技术理论与实测果获得学界认可。

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