
作者:建开开 来源:原创 发布日期:08-23

A | 中新网北京7月22日电 (记者 孙自法)在新一代人工智能(AI)、大数据、云计算等产业高速发展的背景下,如何破解高性能芯片散热的难题广受关注。

B | 攻克国际难题 记者7月22日从中国科学院金属研究所获悉,该所宋鸿武研究员团队联合中外合作者另辟蹊径,最近成功研发出一种基于电化学沉积增材制造(即3D打印)的新型热管制造技术,一举攻克截面“Ω”形槽道热管内部“梯度多孔铜吸液芯”难以原位成形的国际难题,为高性能芯片散热提供了关键材料支撑。 截面像希腊字母Ω的槽道管。中国科学院金属研究所 供图 宋鸿武研究员指出,图形处理器(GPU)、张量处理单元(TPU)等高性能芯片的算力需求当下呈指数级增长,导致功耗大幅攀升。同时,芯片封装尺寸不断缩小,使得热流密度急剧升高,狭小空间内的散热问题成为制约算力释放与系统可靠性的关键瓶颈。12日下午三点,尤金烈日当空,两天前抵达美国的巩立姣和参加女子铅球比赛的队友宋佳媛和张林茹一起,进行了两个多小时的训练,这也是她到美国后的首次室外训练。东京奥运会夺冠后,巩立姣给自己放了半年的长假,4个月前才恢复训练,但她对目前的状态感到非常满意。 作为电子散热领域兼具性能与成本优势的主流方案之一,现有梯形、矩形等沟槽式微热管已接近传热性能上限,急需开发新一代齿形设计,以突破毛细极限和热阻瓶颈。

C | 截面像希腊字母Ω(欧米伽)的新型槽道热管,有望成为下一代电子散热的主流方案,其弧形结构能产生更强的吸力,Ω形使内表面积进一步增大,并且可完美实现液-汽分离运行,理论上导热能力可达纯铜的1000倍。 不过,Ω槽道内壁太光滑,如果覆盖一层多孔铜,就能像海绵一样利用细密的孔隙产生毛细力,辅助液体回流。“尽管无法与东京奥运会时相比,但基本已经恢复到了90%。更理想的是,这层孔的尺寸要从底部到顶部逐渐变大——底部用纳米级小孔产生强力“抽吸”,顶部用微米级大孔减少流动阻力,这样液体就能“上得快、流得顺”。”奥运会上夺冠并没有消减这位33岁的“老将”心中对夺冠的渴望,并且除了冠军,她还有更高的梦想。 然而,Ω槽道形状复杂,内部空间狭窄,用传统粉末烧结或机械加工方法无法在里面“雕”出这种梯度多孔结构,这道难题已困扰业界多年。 具有优异性能 中国科学院金属研究所介绍,在本项研究中,宋鸿武团队联合白俄罗斯科学院、江西耐乐铜业有限公司,把Ω铜管泡在特制的铜盐溶液里,用电镀方法实现铜离子在槽道表面一层一层“生长”出来。“我以前的梦想是在奥运会上赢得冠军,但我的终极梦想是成绩能够突破21米,我也希望下届奥运会之前,或者是巴黎奥运会上,能突破自己,达到自己的极限。 本项研究提出的多孔铜结构的电化学沉积增材制造方法。中国科学院金属研究所 供图 进一步通过精准控制电流和时间,使铜原子像搭积木一样,从底部到顶部逐渐改变堆叠的疏松程度,自然形成孔径从几十纳米到几微米的连续梯度变化,整个过程就像在微观世界里“种”出一片孔洞大小渐变的珊瑚礁。

D | 这种“种”出来的梯度吸液芯,具有优异性能:毛细吸力是传统铜粉烧结结构的2倍,这意味着液体回流速度翻倍,极大降低“烧干”风险;装配这种新型吸液芯的Ω槽道热管,单管可散热的功率比传统直槽管提高了1倍。”在东京奥运会,巩立姣以20米58的成绩赢得冠军,这也是她的个人最好成绩,她认为,未来三年突破21米绝非梦想。

E | 此外,本项研究开发的工艺无需二次组装,一步完成梯度吸液芯与Ω槽道的牢固结合,彻底解决了传统烧结或填充工艺中结构匹配性差、界面热阻高等问题。

F | 宋鸿武表示,这项研发突破不仅解决了Ω槽道与梯度吸液芯“一体化制造”的国际难题,也可为高温高热流密度场景提供一种全新的散热思路。

G | “21米不是太遥远,其实东京奥运会的时候,我也没有发挥得特别好,我相信还有没有展现出来的实力,因此很想达到21米的目标。”从11岁开始练习铅球,巩立姣在田径场上摸爬滚打了20多年,她说奥运夺冠后,很多人劝她退役,因为已经“功成名就”,所有的大赛冠军都拿过了,应该急流勇退。

H | 但巩立姣决定继续练下去,因为心中对铅球运动有太多的不舍。“不舍得。”她说,“其实即使巴黎奥运会后退,也会不舍,希望慢慢退。20多年了,铅球已经成了生命中的一部分,现在训练中,感觉铅球就是我的朋友,离不开它。”还有一个重要原因,她认为中国田径运动进入了历史上最好的一个时期,出于感恩,她觉得应该为国家赢得更多的荣誉。“现在国家给提供了这么好的训练和比赛环境,我现在也没有伤病,因此必须要坚持下去。”尤金世锦赛将在俄勒冈大学体育场举行,巩立姣以前曾两次来过这里参赛,对场地很熟悉。女子铅球比赛将在7月15日和16日两天举行,巩立姣对困难也非常清醒,本赛季对手全部保持了很好的状态,最好成绩超过20米的选手有6人之多,这是往年很少见的现象。庆幸的是,这6名选手中,就有来自上海的小将宋佳媛,她本赛季先后投出20米20、20米38,两度排名赛季世界第一。巩立姣说,能够看到小将接棒,心中非常欣慰。“以前感觉是一个人在战斗,现在有了接班人,心里踏实了很多。”巩立姣说。
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Published on:18:46:18