4 月 20 日消息来自 IT 之家。芯片尺寸在不断缩小，同时性能日益强大，散热问题逐步成为制约其发展的关键瓶颈。不过，这一难题如今有希望被突破。东京大学的研究团队近期公布了一种创新的 3D 水冷系统，此系统把水的相变过程充分利用了起来，达成了热传递效率提升高达 7 倍的效果。该系统集成了先进的微通道几何结构和毛细管结构，从而创造了性能新纪录，并且为电子技术和可持续技术的未来发展奠定了基础。
摩尔定律所描述的芯片持续微型化这一趋势，一直是数字时代发展的强大动力。但是，随着芯片在更狭小的空间内释放出更强大的能量，它所产生的热量在不断地增加，而现有的冷却技术已经难以满足这种需求了。
为了应对这一挑战，东京大学工业科学研究所的研究人员研发出了一种新的提升芯片冷却性能的方法。他们的研究成果在近期被发表在了《Cell Reports Physical Science》杂志上。
目前，在芯片内部直接构建微通道是一种有效的现代冷却方法。这些微通道通过循环水来吸收热量并将其带走。但是，这种方法受到水的“显热”的限制，“显热”指的是水在不发生相变时能够吸收的热量。与之相比，水在沸腾或蒸发时吸收的“潜热”大约是其显热的 7 倍。
该技术的效率受限于水的显热。显热指的是能让物质温度升高而不引发相变所需的热量。水在沸腾或蒸发时吸收的相变潜热大约是其显热的 7 倍。该研究的主要作者石洪远进行解释，他说：“利用水的潜热，能够实现两相冷却，进而能显著提升散热效率。”
此前的研究展示了两相冷却的潜力，同时指出了该技术的复杂性，原因主要是加热后难以控制蒸汽气泡的流动。提高热传递效率依赖于多种因素，其中包括微通道的几何形状、对两相流的调控以及流动阻力。
IT 之家了解到，该研究描述了一种新型水冷系统。这种水冷系统包含三维微流体通道结构。它利用了毛细管结构和歧管分配层。研究人员设计并制造了各种毛细管几何形状。还在一系列条件下研究了这些毛细管几何形状的特性。
研究发现，冷却液流经的微通道具有特定的几何形状，同时控制冷却液分配的歧管通道也存在，这些都会对系统的热性能和水力性能产生影响。
该系统测量的有用冷却输出与所需能量输入的比率为制冷系数（COP），其最高能达到 105，此数字比传统冷却技术要好很多。
高性能电子设备的热管理对下一代技术发展很重要。我们的设计或许能为实现所需冷却开辟新途径。野村正弘作为该研究的资深作者这样表示。
高性能电子设备需要先进的冷却技术。这项研究或许会对未来设备性能达到最大化起到关键作用。同时，这项研究也可能会在实现碳中和方面发挥关键作用。
