芯片散熱出現(xiàn)新方法 可以穿過(guò)處理器上的螺旋或迷宮狀結(jié)構(gòu)提高效率

一隊(duì)機(jī)械工程研究人員表示，粘在微處理器上用于散熱的傳統(tǒng)被動(dòng)散熱片效果不夠好，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今的高速計(jì)算和數(shù)據(jù)吞吐量，應(yīng)該被丟棄。

他們表示，一種更好的選擇是“散熱劑可以穿過(guò)處理器上微小通道內(nèi)的螺旋或迷宮狀結(jié)構(gòu)”。紐約賓厄姆頓大學(xué)的助理教授Scott Schiffres在該校官網(wǎng)上的一篇文章中說(shuō)，這種技術(shù)可以大大提高效率。該校開(kāi)發(fā)出了這種為芯片散熱的新方法。

Schiffres以及兩名研究生Arad Azizi和Matthias A. Daeumer參與了這項(xiàng)研究，他們表示，該技術(shù)可以讓電子設(shè)備在低18華氏度的狀態(tài)下運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心的耗電量有望減少5%。

他們表示，該發(fā)明在制造過(guò)程中將類(lèi)似3D打印、將使用增材印刷方法的微通道合金粘到硅芯片上，而不是使用粘在散熱片上這一傳統(tǒng)方法。

目前，散熱片將芯片發(fā)出的熱量導(dǎo)走，常常由多塊銅或鋁質(zhì)散熱片組成，并貼有散熱膏。它們之所以能這么做，一方面是由于其表面比芯片表面大，另外使用鋁之類(lèi)的導(dǎo)熱材料。然后芯片可以更快地運(yùn)行而不過(guò)熱、出故障。熱量通常散發(fā)到周?chē)目諝饣蛩小?/p>

該大學(xué)解釋?zhuān)骸盀榱俗屔崞ぷ?，必須通過(guò)散熱介質(zhì)材料（比如導(dǎo)熱膏）連接到CPU或圖形處理器上?！?/p>

問(wèn)題是，這種方法天生低效。粘合的散熱介質(zhì)材料雖然填充了散熱片和芯片之間的微小空隙（還阻止散熱片脫落），但效果不如完全無(wú)縫的材料好。在此之前，這是不可能實(shí)現(xiàn)的――一方面，散熱片粘不久，另外會(huì)有空隙，因而影響導(dǎo)熱效果。

在芯片上印制散熱微通道

賓厄姆頓大學(xué)的研究人員表示，他們的增材印刷技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題，方法是將散熱機(jī)制直接牢牢地粘合到硅片上，撇開(kāi)了任何介質(zhì)。Schiffres說(shuō)：“我們計(jì)劃將微通道直接印制到芯片上。”

他們使用了只有人類(lèi)頭發(fā)千分之一這么薄的錫銀鈦合金，以便進(jìn)行金屬粘合。熔化激光器以亞毫秒級(jí)操作將散熱通道直接印制到硅上。因此，微處理器不再需要典型的兩層導(dǎo)熱膏材料和所謂的“蓋子”（散熱器與芯片之間的散熱片層）。

他們說(shuō)，這并不容易。研究人員在發(fā)表于《Additive Manufacturing》雜志上的論文中解釋?zhuān)饘俸秃辖鹫w上無(wú)法很好地粘附在硅片上，強(qiáng)度受到影響。還存在熱膨脹不匹配方面的問(wèn)題。

降低電力成本，拯救地球

Schiffres說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明切實(shí)可行，不僅可以提高電子產(chǎn)品和數(shù)據(jù)中心的效率（他稱(chēng)每年可為數(shù)據(jù)中心節(jié)省4.38億美元的電費(fèi)），還可以消除因發(fā)電而排放的37億磅二氧化碳，以此拯救地球。

Schiffres聲稱(chēng)：“它還將減少約1000萬(wàn)公噸的有毒電子廢物，這足以塞滿(mǎn)25座帝國(guó)大廈，那歸功于熱量引起的設(shè)備故障率較低。”

快速過(guò)熱的圖形處理器尤其會(huì)受益。事實(shí)上，正是計(jì)算機(jī)游戲玩家給了團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)思路：游戲玩家常常拿掉顯卡上的散熱片蓋子以及其中一層粘膏，以此改善導(dǎo)熱效果。

Schiffres說(shuō)：“這將意味著高端電子產(chǎn)品、數(shù)據(jù)中心和計(jì)算密集型程序（比如視頻編輯工具和視頻游戲）將迎來(lái)巨大變化?！?/p>