韓國科學技術院（KAIST）的研究人員已開發出一種技術，能夠在矽半導體晶片內部直接雕刻微型液冷通道。這一創新之處在於，該計算機架構將冷卻所需的能量大幅降低，透過將常温水直接泵送進入晶片的內部結構來實現。教授金成鎮（Sung Jin Kim）表示：「隨著人工智能半導體和先進電子封裝的性能越來越受到熱量的限制，我們期望這項技術能成為未來高性能計算系統的基礎冷卻解決方案。」
高性能人工智能晶片的迅速發展，造成數據中心面臨嚴重的能源危機，這些中心需要大量電力來進行密集計算及冷卻產生的熱量。傳統的冷卻方法，如強力風扇和外部銅散熱器，已達到其物理極限。因此，行業迫切尋找到其他熱管理解決方案。為了理解這項發展的意義，需要認識到標準液冷系統面臨的挑戰。大多數現代液冷系統依賴外部的「冷卻板」，壓在晶片的外部，冷卻劑需要從硬件的一端走到另一端，這樣的長途行程會產生巨大的流體阻力，導致需要高壓重型泵來推動，消耗大量能量。
而且在某些情況下，流體在運行過程中會加熱，導致處理器的某些部分過冷，而其他部分則過熱。
KAIST 團隊的內部冷卻技術顯著提高效率
KAIST 團隊開發了一種從內部冷卻半導體的液冷技術，使用常温水來應對源頭的高熱流條件。該設計在晶片上均勻分佈多個微小的進口和出口。這項創新聚焦於嵌入矽內部的「歧管微通道」結構，模擬出高效的物流網絡，通過多個戰略性進出口點來實現。這種分散式設計縮短了流體的移動距離，減少了流動阻力和泵壓。研究人員使用多重精度優化框架來完美平衡通道尺寸和流量。
這項技術的冷卻性能達到驚人的 106,000，這是一個抽象的工程指標，但其背景意義重大：該數字是 2020 年《自然》期刊上發表的前世界紀錄的十倍。通俗來説，這意味著晶片製造商僅需十分之一的泵送功率，即可去除相同量的熱量。即使在每平方釐米 2,000 瓦特的極端熱負荷下，該系統仍能將晶片的温度保持在 100°C（212°F）以下。然而，實驗中最具顛覆性的一個細節是其製造方式。
研究人員並未使用合成鑽石等昂貴材料，而是選擇了普通水。此外，整個製造過程的温度保持在 350°C（662°F）以下，這意味著該過程完全兼容現有的商業半導體製造線。晶圓廠可以將這種管道技術整合到當前的晶片設計中，而無需投入數十億美元購買新的機械設備。
這項發展的研究結果已發表在《能源轉換與管理》期刊中。
