还在为电脑过热头疼？给你一块自带“退烧”功能的芯片

大家发现没有，无论是手机，笔记本，还是电视，我们使用的电子产品，更新换代的速度越来越快，但有个老毛病始终改不掉：持续久后就开始烫手发热，简直令人头疼。电子器件发热有多严重呢？有的电子产品用户戏称，在供暖不足的冬日里，自己能把手头的电子设备直接当做暖宝宝来用，甚至有善烹饪者，利用CPU来烤肉，隔壁小孩都馋哭了。

CPU烤肉，是程序员们乐此不疲的保留恶作剧节目 | www.theverge.com

对电子产品本身来说，温度过高带来的影响可能是致命的：首先，温度过高会使很多电子元件的特性发生改变，从而导致运行卡顿，图像和声音失真，存储数据丢失，甚至会让整个产品报废；其次，即使产品仍然能正常使用，过高的温度也会使系统能耗增加，反过来又促进温度进一步升高，形成套娃。

如何给电子设备“退烧”

为了给自己的宝贝设备“退烧”，我们用了各种办法，从空调降温，到风扇底座，甚至小型冰枕，诸如此类，不一而足，但它们的原理却大同小异：在自然界，热的传递有三种方式——热辐射，例如冬日照耀的暖阳；第二种就是热对流，例如腊月里的寒风；第三种就是热传导，例如抚摸冰凉的铁板。人类只需要把热量从热源传递出去，就可以有效散发热量。具体到给电子设备降温，方式也就是基于三种热传递模式的自然散热、空冷散热，与液冷散热。

在这三种方法中，自然散热是技术门槛最低的，简单来说，就是让器件紧贴着一个散热结构来帮助散热：它长得有点像火锅里的毛肚。这种翅片用高导热率材料制成，可以增加一定的散热效率，不过散热效果差强人意。

有鉴于此，空冷散热技术应运而生，就是借助空气的流动来降低电子元器件表面的温度。我们身边最常见的应用，就是台式机和笔记本内安装的风扇，再配合一个散热风通道，这种方式成本低结构简单，但却挤占宝贵的设备内部空间，还会发出很大的噪声。不过一些设备制造商把风扇附加了炫彩流星特效，光影闪耀，如梦如幻，反而给这项笨重的散热设备加上了几分魔幻色彩，成为一些硬核游戏控的心头好。

加了LED效果风扇的游戏电脑机箱，运转起来真是流光飞影 | www.pcgamer.com

液冷散热是风冷散热的加强版。一般用作冷却的液体是去离子水，通过水的循环流动来带走热量。目前大多数液冷散热，都是非接触性的，工程设计师在电路板周围安装水冷结构，冷却水在水槽中循环。电路板和冷却水之间，通常隔着一层水冷板。它的散热效率，远不如直接接触式效率高。毕竟，没有什么比直接冷水骑脸更能让人冷静了。

这种散热方式的缺点，是需要消耗大量电能和水。许多大型数据公司把数据中心安排在高纬度极寒地区，甚至别出心裁放到海底水下，就是为了在严格控制成本的前提下，满足散热这个刚需。

微软的水下数据中心 | www.wired.com

降温新思路：皮下注射

然而，非接触性液冷散热，对设备本身的密闭性要求很高，同时还需要设计复杂的冷却结构，成本很高。研究人员一直在想，如果能让冷却液体直接接触发热的元件本身，那岂不是事半功倍？

瑞士洛桑联邦理工学院的液体冷却芯片结构方案 | www.nature.com

这不，瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队，近日研制出了一种新冷却系统，将液体冷却系统直接嵌入芯片内部。通过芯片上预留的微通道，作为冷却剂的水，直接流经半导体的氮化镓层下面。根据公布的试验结果，这种接触式冷却设计的效率，是原来的50倍，同时，水循环能耗甚至低到了不可思议的地步：仅使用每平方厘米0.57瓦的泵功率就可以带走超过1.7千瓦/平方厘米的热量。

瑞士洛桑联邦理工学院团队制作的，带有冷却结构的整流电路实物，它体积仅有大拇指大小 | www.scientificamerican.com

这意味着什么呢？用直观的方法来说就是，在指甲盖大小的地方，每秒钟水泵所耗费的功率，仅仅相当于提起一个鸡蛋，却能带走差不多能把这个鸡蛋煮熟的热量。研究人员算了一笔账：现在大型网络数据中心为了冷却系统所需的能耗，占据了总能耗的30%，如果使用这种直接镶入芯片和电路版的接触式液冷冷却方式，立刻能将降温所耗费的能量比例降低到0.01%。

两种冷却方式对比，左图为两种冷却方式的功效，右图为两种冷却方式在不同输出功率下的温度 | www.nature.com

未来应用，谨慎又乐观

当然，这项新发明要想投入实际应用，还有一段不短的路要走。首先，洛桑联邦理工学院研究团队在设计电路板的时候，使用了最高承受温度120℃的粘合剂，这意味着这个系统的温度耐受有一个上限，限制了功率的进一步提高。另外，利用液体蒸发效果对整个电子系统进行冷却，要比现有模式更加高效，到时冷却剂可能就改成比水更高效的液态氟利昂。

尽管如此，这项研究还是朝着电子设备的低成本、高密度和高能效的冷却系统迈出了一大步。如果未来可以大规模应用，人类或许会告别主机中嗡嗡的风扇，告别笔记本电脑那发烫的外壳……有理由相信，这一天可能不会太遥远。

作者：小圆

编辑：朱步冲

一个AI

降温之后，芯片只能从烧烤改作冷荤了

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