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日本東京大學工業(yè)科學研究所近日宣布開發(fā)出一款創(chuàng)新型3D水冷系統(tǒng)，通過精準利用水的相變過程（即汽化吸熱原理），成功將芯片散熱效率提升至傳統(tǒng)技術的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，更被視為推動高性能計算、人工智能及碳中和技術的關鍵突破。 技術突破：熱傳遞效率倍增背后的科學原理 東京大學研究團隊在《Cell Reports Physical Science》期刊中詳述了系統(tǒng)的技術架構。該方案創(chuàng)新性地結(jié)合三維微流體通道、毛細管結(jié)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(tǒng)依賴水“顯熱”的單相冷卻不同，該系統(tǒng)通過控制水流溫度至沸點區(qū)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(guī)液態(tài)的7倍。 核心突破點： 潛熱捕集技術：利用水沸騰時吸收的潛熱（約2260kJ/kg）遠超顯熱（4.2kJ/kg），通過微通道內(nèi)精準的溫度梯度控制實現(xiàn)高效熱交換； 動態(tài)氣泡管理：創(chuàng)新的雙級流動設計，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)的流動阻塞； 自適應結(jié)構優(yōu)化：實驗室測試顯示，系統(tǒng)制冷系數(shù)（COP）最高可達105，較傳統(tǒng)風冷提升兩個數(shù)量級，滿足下一代AI芯片1kW/cm²的極端熱流密度需求。 應用前景：從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的多領域賦能 東京大學團隊已驗證系統(tǒng)在500W/cm²熱流密度下的穩(wěn)定性，其成果正吸引全球科技企業(yè)的密切關注。潛在應用領域包括： 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(shù)據(jù)中心的PUE值； 新能源汽車：適配800V高壓平臺SiC逆變器模塊的緊湊化需求，延長電驅(qū)系統(tǒng)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現(xiàn)無風扇靜音散熱。 生態(tài)協(xié)作：產(chǎn)業(yè)鏈加速落地進程 日本東京大學已將該技術授權給三家半導體設備廠商進行工程化試驗。同時，該團隊正與臺積電、英特爾等企業(yè)開展聯(lián)合研究： 工藝適配性：微通道結(jié)構可直接蝕刻于晶圓背面，與現(xiàn)有CMOS產(chǎn)線兼容； 能效革命：據(jù)估算，采用該系統(tǒng)的服務器集群能耗可降低35%-40%，助力全球碳中和目標達成； 安全性突破：通過歧管分流層設計消除蒸汽爆炸風險，獲得IEC 60747-17標準認證。 目前，研究團隊已就該技術申請了多項專利，并正在與多家企業(yè)合作，推動該技術的產(chǎn)業(yè)化進程。未來，隨著技術的進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域得到廣泛應用，為解決高熱流密度設備的散熱問題提供新的有效途徑。 |
