在芯片技術持續飛速發展的背景下，一個長期困擾行業的問題逐漸浮出水面：隨著芯片體積不斷縮小、性能日益增強，散熱難題愈發凸顯，成為制約其進一步發展的關鍵因素。然而，這一難題或將迎來轉機。東京大學的一支科研團隊近日宣布了一項革命性的3D水冷系統創新，該系統巧妙利用水的相變原理，實現了熱傳遞效率的大幅提升，增幅高達7倍。
長久以來，摩爾定律推動下的芯片微型化進程一直是推動數字時代前行的核心動力。但隨著芯片在有限空間內釋放出更強大的能量，散熱問題也日益嚴峻，現有冷卻技術逐漸捉襟見肘。
為了破解這一難題，東京大學工業科學研究所的研究人員經過不懈努力，開發出一種全新的芯片冷卻技術，相關研究成果已在《Cell Reports Physical Science》期刊上發表。這項技術不再局限于傳統冷卻方法中水的顯熱吸收，而是巧妙地利用水沸騰或蒸發時的潛熱，這一熱量吸收能力是顯熱的7倍之多。
研究指出，傳統冷卻方法受限于水的顯熱，即在不發生相變的情況下水所能吸收的熱量有限。而水在相變過程中吸收的熱量則要大得多。項目主要負責人石洪遠解釋，通過引入兩相冷卻機制，即利用水的潛熱，可以顯著提升散熱效率。
盡管兩相冷卻技術的潛力早已為人所知，但其復雜性也不容小覷，尤其是在控制蒸汽氣泡流動方面。提高熱傳遞效率的關鍵在于微通道的幾何設計、兩相流的精確調控以及流動阻力的優化。
東京大學的研究團隊設計了一種包含三維微流體通道的新型水冷系統，該系統結合了毛細管結構和歧管分配層。研究團隊精心設計了多種毛細管幾何形狀，并在不同條件下對其性能進行了深入研究。他們發現，微通道的幾何形狀以及歧管通道對冷卻液的分配，均對系統的熱性能和水力性能產生重要影響。
該系統所展現出的制冷系數（COP），即有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，最高可達105，這一數值遠超傳統冷卻技術，標志著在熱管理領域取得了重大突破。
“高性能電子設備的熱管理對于推動下一代技術發展至關重要，”該研究的資深作者野村正弘表示，“我們的設計可能為實現高效的冷卻方案開辟了新的道路。”
這項研究不僅為高性能電子設備提供了潛在的冷卻解決方案，更可能成為未來設備性能最大化以及實現碳中和目標的關鍵所在。隨著技術的不斷成熟與應用，我們有理由相信，這一創新將為芯片技術的持續發展注入新的活力。
