前言： 制約高算力芯片發(fā)展的主要因素之一就是散熱能力。 未來(lái)，人工智能行業(yè)會(huì)因?yàn)樗懔ι釂?wèn)題被“卡脖子”嗎？ "以功耗換性能”的趨勢(shì)

芯片散熱問(wèn)題一直困擾著工業(yè)界。指甲蓋大小的芯片卻是個(gè)300瓦的熱源，但實(shí)際上，芯片遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到這個(gè)功耗時(shí)便已經(jīng)燙得不行。

芯片的小型化和高度集成化，會(huì)導(dǎo)致局部熱流密度大幅上升。算力的提升、速度的提高帶來(lái)巨大的功耗和發(fā)熱量。

臺(tái)積電發(fā)布的一份報(bào)告顯示，未來(lái)一些面積大于500平方毫米的“大芯片”，其目標(biāo)設(shè)計(jì)功耗可能會(huì)高達(dá)2000瓦以上。

盡管芯片工藝尺寸不斷減小，但是功耗密度卻在不斷增加。

半導(dǎo)體工藝一旦進(jìn)入2nm，芯片的晶體管數(shù)量和算力自然會(huì)高倍數(shù)提升。AI算力‘飚升’的場(chǎng)景對(duì)超高功率芯片的解熱及散熱將持續(xù)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

目前整個(gè)消費(fèi)電子芯片產(chǎn)業(yè)，實(shí)際上已經(jīng)走入一個(gè)“性能大幅提高、功耗快速上漲”的怪圈，呈現(xiàn)出一種“以功耗換性能”的趨勢(shì)。

基于壓電MEMS的固態(tài)散熱芯片

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，基于壓電MEMS的固態(tài)散熱解決方案創(chuàng)新公司Frore Systems宣布，搭載其MEMS主動(dòng)散熱芯片（AirJet）解決方案的筆記本電腦將于2023年初“出爐”，可提供比傳統(tǒng)風(fēng)扇更好的散熱效果，同時(shí)噪聲更低。

AirJet散熱芯片是解決當(dāng)今筆記本電腦限制CPU性能的散熱問(wèn)題，這是一種所謂的“固態(tài)散熱解決方案”，完全拋棄了傳統(tǒng)的風(fēng)扇散熱方式。

FAirJet內(nèi)部是利用MEMS技術(shù)制造的微小壓電薄膜，以超聲波頻率振動(dòng)，然后這些壓電薄膜產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，使得冷空氣通過(guò)頂部的通風(fēng)口進(jìn)入AirJet散熱芯片，并從側(cè)邊的通風(fēng)口帶走處理器產(chǎn)生的熱量。

單顆空氣粒子能以每小時(shí)200公里的速度飛快地掠過(guò)散熱芯片。

最重要的是，基于AirJet散熱芯片的模組只有約2.8毫米厚，并且沒(méi)有直接放置在筆記本電腦的處理器上，而是放置在銅管上，因此可以實(shí)現(xiàn)更薄的筆記本電腦設(shè)計(jì)。

目前最適合用于移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，包括筆記本電腦、游戲智能手機(jī)和平板電腦等，未來(lái)會(huì)考慮擴(kuò)展到其他平臺(tái)。

Frore Systems目前獲得了英特爾、GiS、高通等主流大廠的支持，英特爾還計(jì)劃在未來(lái)的Evo標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦中采用AirJet散熱芯片解決方案。

AirJet散熱芯片型號(hào)

Frore Systems的AirJet散熱芯片共有兩種型號(hào)：（1）AirJet Mini專為無(wú)風(fēng)扇和輕薄筆記本電腦設(shè)計(jì)，現(xiàn)已出貨；

（2）AirJet Pro專為具有更多處理能力的大型筆記本電腦甚至手持游戲系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，將于2023年第一季度出貨。

AirJet Mini尺寸為27.5mm x 41.5mm x 2.8mm，能以1W的功耗散大約5W的熱量，并且僅產(chǎn)生21分貝的噪聲，主要用于13英寸筆記本電腦和10英寸平板電腦。AirJet Pro尺寸為31.5mm x 71.5mm x 2.8mm，能以1.75W的功耗散大約10W的熱量，僅產(chǎn)生24分貝的噪音，主要用于15英寸筆記本電腦。

散熱芯片國(guó)內(nèi)發(fā)展

近期華為公司和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“金剛石芯片”的專利。

這是一種利用金剛石材料制造的高效散熱芯片，能夠解決高性能芯片的發(fā)熱難題，為芯片性能的提升開(kāi)辟了新的道路。

金剛石是一種由碳元素構(gòu)成的晶體，它的物理和化學(xué)性能非常優(yōu)異。金剛石作為一種天然礦物，具備出色的導(dǎo)熱性能。

將金剛石應(yīng)用于電子芯片的散熱中，可以大幅提高芯片的散熱效率，相比傳統(tǒng)材料，有效緩解了芯片因長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行而產(chǎn)生的問(wèn)題。

金剛石能夠有效抵御外界因素對(duì)芯片的侵蝕，提升芯片的穩(wěn)定性和抗干擾能力，延緩芯片的老化速度，使得芯片使用壽命更長(zhǎng)。

此次申請(qǐng)的“金剛石芯片”專利是一項(xiàng)在芯片散熱方面的創(chuàng)新技術(shù)，專利涉及到復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備及其應(yīng)用，其核心是將金剛石材料融入到芯片中，利用金剛石的高熱導(dǎo)率，將芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)到外部，從而實(shí)現(xiàn)高效的散熱效果。

結(jié)尾：

許多芯片都面臨熱障，并且解決該問(wèn)題并不容易。

盡管在某些應(yīng)用中可以使用奇特的解決方案，但大多數(shù)市場(chǎng)必須找到用更少的資源做更多的事情的方法，這意味著每瓦特具有更多的功能。與此相關(guān)的成本比過(guò)去的解決方案要大得多。