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,人工智能行業(yè)會因為算力散熱問題被“卡脖子”嗎? "以功耗換性能”的趨勢
芯片散熱問題一直困擾著工業(yè)界。指甲蓋大小的芯片卻是個300瓦的熱源,但實際上,芯片遠遠不到這個功耗時便已經(jīng)燙得不行。
芯片的小型化和高度集成化,會導致局部熱流密度大幅上升。算力的提升、速度的提高帶來巨大的功耗和發(fā)熱量。
臺積電發(fā)布的一份報告顯示,未來一些面積大于500平方毫米的“大芯片”,其目標設計功耗可能會高達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。
半導體工藝一旦進入2nm,芯片的晶體管數(shù)量和算力自然會高倍數(shù)提升。AI算力‘飚升’的場景對超高功率芯片的解熱及散熱將持續(xù)帶來巨大挑戰(zhàn)。
目前整個消費電子芯片產(chǎn)業(yè),實際上已經(jīng)走入一個“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。
基于壓電MEMS的固態(tài)散熱芯片
據(jù)麥姆斯咨詢報道,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)風扇更好的散熱效果,同時噪聲更低。
AirJet散熱芯片是解決當今筆記本電腦限制CPU性能的散熱問題,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,然后這些壓電薄膜產(chǎn)生強大的氣流,使得冷空氣通過頂部的通風口進入AirJet散熱芯片,并從側(cè)邊的通風口帶走處理器產(chǎn)生的熱量。
單顆空氣粒子能以每小時200公里的速度飛快地掠過散熱芯片。
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,因此可以實現(xiàn)更薄的筆記本電腦設計。
目前最適合用于移動計算設備,包括筆記本電腦、游戲智能手機和平板電腦等,未來會考慮擴展到其他平臺。
Frore Systems目前獲得了英特爾、GiS、高通等主流大廠的支持,英特爾還計劃在未來的Evo標準筆記本電腦中采用AirJet散熱芯片解決方案。
AirJet散熱芯片型號
Frore Systems的AirJet散熱芯片共有兩種型號:(1)AirJet Mini專為無風扇和輕薄筆記本電腦設計,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)而設計,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。
散熱芯片國內(nèi)發(fā)展
近期華為公司和哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合申請了一項名為“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,它的物理和化學性能非常優(yōu)異。金剛石作為一種天然礦物,具備出色的導熱性能。
將金剛石應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時間高溫運行而產(chǎn)生的問題。
金剛石能夠有效抵御外界因素對芯片的侵蝕,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。
此次申請的“金剛石芯片”專利是一項在芯片散熱方面的創(chuàng)新技術(shù),專利涉及到復合導熱材料的制備及其應用,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率,將芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量快速傳導到外部,從而實現(xiàn)高效的散熱效果。
結(jié)尾:
許多芯片都面臨熱障,并且解決該問題并不容易。
盡管在某些應用中可以使用奇特的解決方案,但大多數(shù)市場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。與此相關的成本比過去的解決方案要大得多。
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原文標題:趨勢丨散熱芯片,輕薄型計算設備的未來?
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