东京大学研发突破性3D水冷系统 利用水相变实现芯片散热效率飞跃式提升
发布时间：2025-4-22 10:26
发布者：eechina
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日本东京大学工业科学研究所近日宣布开发出一款创新型3D水冷系统，通过精准利用水的相变过程（即汽化吸热原理），成功将芯片散热效率提升至传统技术的7倍。这项突破性成果不仅为解决高密度芯片散热难题提供了新方案，更被视为推动高性能计算、人工智能及碳中和技术的关键突破。 技术突破：热传递效率倍增背后的科学原理 东京大学研究团队在《Cell Reports Physical Science》期刊中详述了系统的技术架构。该方案创新性地结合三维微流体通道、毛细管结构与歧管分配层设计，构建出一种全新的两相冷却机制。与传统依赖水“显热”的单相冷却不同，该系统通过控制水流温度至沸点区间，使冷却液在水蒸气状态高效吸收潜热，吸收热量能力达到常规液态的7倍。 核心突破点： 潜热捕集技术：利用水沸腾时吸收的潜热（约2260kJ/kg）远超显热（4.2kJ/kg），通过微通道内精准的温度梯度控制实现高效热交换； 动态气泡管理：创新的双级流动设计，采用宽歧管与20微米微型通道协同工作，抑制蒸汽气泡聚集引发的流动阻塞； 自适应结构优化：实验室测试显示，系统制冷系数（COP）最高可达105，较传统风冷提升两个数量级，满足下一代AI芯片1kW/cm²的极端热流密度需求。 应用前景：从实验室到产业化的多领域赋能 东京大学团队已验证系统在500W/cm²热流密度下的稳定性，其成果正吸引全球科技企业的密切关注。潜在应用领域包括： 高性能计算：为处理生成式AI训练的超级计算机提供高密度散热方案，降低数据中心的PUE值； 新能源汽车：适配800V高压平台SiC逆变器模块的紧凑化需求，延长电驱系统寿命； 工业物联网：为激光雷达、毫米波雷达等边缘设备实现无风扇静音散热。 生态协作：产业链加速落地进程 日本东京大学已将该技术授权给三家半导体设备厂商进行工程化试验。同时，该团队正与台积电、英特尔等企业开展联合研究： 工艺适配性：微通道结构可直接蚀刻于晶圆背面，与现有CMOS产线兼容； 能效革命：据估算，采用该系统的服务器集群能耗可降低35%-40%，助力全球碳中和目标达成； 安全性突破：通过歧管分流层设计消除蒸汽爆炸风险，获得IEC 60747-17标准认证。 目前，研究团队已就该技术申请了多项专利，并正在与多家企业合作，推动该技术的产业化进程。未来，随着技术的进一步成熟和成本的降低，这种基于水的相变冷却方案有望在更多领域得到广泛应用，为解决高热流密度设备的散热问题提供新的有效途径。 |
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