在芯片技術(shù)持續(xù)飛速發(fā)展的背景下，一個長期困擾行業(yè)的問題逐漸浮出水面：隨著芯片體積不斷縮小、性能日益增強，散熱難題愈發(fā)凸顯，成為制約其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。然而，這一難題或?qū)⒂瓉磙D(zhuǎn)機。東京大學(xué)的一支科研團隊近日宣布了一項革命性的3D水冷系統(tǒng)創(chuàng)新，該系統(tǒng)巧妙利用水的相變原理，實現(xiàn)了熱傳遞效率的大幅提升，增幅高達7倍。

長久以來，摩爾定律推動下的芯片微型化進程一直是推動數(shù)字時代前行的核心動力。但隨著芯片在有限空間內(nèi)釋放出更強大的能量，散熱問題也日益嚴(yán)峻，現(xiàn)有冷卻技術(shù)逐漸捉襟見肘。

為了破解這一難題，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員經(jīng)過不懈努力，開發(fā)出一種全新的芯片冷卻技術(shù)，相關(guān)研究成果已在《Cell Reports Physical Science》期刊上發(fā)表。這項技術(shù)不再局限于傳統(tǒng)冷卻方法中水的顯熱吸收，而是巧妙地利用水沸騰或蒸發(fā)時的潛熱，這一熱量吸收能力是顯熱的7倍之多。

研究指出，傳統(tǒng)冷卻方法受限于水的顯熱，即在不發(fā)生相變的情況下水所能吸收的熱量有限。而水在相變過程中吸收的熱量則要大得多。項目主要負(fù)責(zé)人石洪遠(yuǎn)解釋，通過引入兩相冷卻機制，即利用水的潛熱，可以顯著提升散熱效率。

盡管兩相冷卻技術(shù)的潛力早已為人所知，但其復(fù)雜性也不容小覷，尤其是在控制蒸汽氣泡流動方面。提高熱傳遞效率的關(guān)鍵在于微通道的幾何設(shè)計、兩相流的精確調(diào)控以及流動阻力的優(yōu)化。

東京大學(xué)的研究團隊設(shè)計了一種包含三維微流體通道的新型水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了毛細(xì)管結(jié)構(gòu)和歧管分配層。研究團隊精心設(shè)計了多種毛細(xì)管幾何形狀，并在不同條件下對其性能進行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)，微通道的幾何形狀以及歧管通道對冷卻液的分配，均對系統(tǒng)的熱性能和水力性能產(chǎn)生重要影響。

該系統(tǒng)所展現(xiàn)出的制冷系數(shù)（COP），即有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，最高可達105，這一數(shù)值遠(yuǎn)超傳統(tǒng)冷卻技術(shù)，標(biāo)志著在熱管理領(lǐng)域取得了重大突破。

“高性能電子設(shè)備的熱管理對于推動下一代技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，”該研究的資深作者野村正弘表示，“我們的設(shè)計可能為實現(xiàn)高效的冷卻方案開辟了新的道路?！?/p>

這項研究不僅為高性能電子設(shè)備提供了潛在的冷卻解決方案，更可能成為未來設(shè)備性能最大化以及實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵所在。隨著技術(shù)的不斷成熟與應(yīng)用，我們有理由相信，這一創(chuàng)新將為芯片技術(shù)的持續(xù)發(fā)展注入新的活力。