韩国科学技术院开发超高效液冷技术 冷却性能指数达此前纪录10倍

当地时间6月16日，韩国科学技术院（KAIST）研究团队正式对外公布一项新型芯片降温方案。相关核心实验数据与工程结论已于6月15日刊载于国际学术期刊《能源转换与管理》。

技术路径与运行机制

研发团队将室温水直接导入芯片内部的极细管道网络。液体在微观通道内流动时吸收核心区域热量，完成热交换过程。该设计将冷却介质与发热源的距离压缩至物理极限。

• 介质工况：维持室温状态，无需额外温控设备介入。
• 通道结构：极细管道直接构建于芯片内部。
• 循环逻辑：水流贯穿发热核心区域带走热量。

核心指标与数据口径

冷却性能指数达此前纪录的10倍。

“冷却性能指数”在此处指代散热方案在特定测试环境下的热移除效率比值。该指标实现十倍增长，表明该架构在单位输入条件下可处理的热量规模显著扩大。

应用逻辑与市场指向

芯片内部微通道水冷方案的验证通过，将为高集成度设备的散热结构提供新的设计基准。直接利用室温水体进行内部循环降温，有望降低后续硬件架构对复杂外部冷却系统的依赖。

韩国科学技术院团队研发3D流形微通道芯片冷却结构，散热阈值突破2000瓦/平方厘米

韩国科学技术院研究团队公布一项芯片散热技术进展。该团队成功构建出可直接嵌入硅芯片内部的3D流形多路微通道冷却结构，用于应对AI硬件高密度集成引发的热管理瓶颈。

传统散热方案逼近物理上限

人工智能硬件向高密度集成方向演进，导致设备运转热量急剧攀升。依赖传统空气冷却与外部冷却板的现有技术，正逐步触及物理性能极限，难以满足新一代芯片的温控标准。

歧管与微通道协同分配冷却液

研究团队采用将冷却剂直接注入芯片的液冷路径，研发出3D流形多路微通道冷却结构。该设计将歧管与微通道结合，确保冷却水均匀覆盖所有路径。歧管负责分配冷却水，微通道为比头发丝还细的流道。

分散式架构通过多个战略性入口与出口点模拟物流网络，大幅压缩冷却液在单通道内的流动距离。流动阻力与泵送压力随之骤降，整块芯片的冷却液供给均匀度显著提升。

即使在超过2000瓦/平方厘米的极端发热条件下，该设计也能让芯片温度保持在100℃以下。

高度一致的温度分布得以维持，有效规避局部过热风险。3D流形多路微通道实质为三维立体排布的散热架构，通过缩短流体路径降低系统能耗，实现高效热交换。

研发团队配置与技术导向

该项目由机械工程系金成镇教授和李益镇教授指导，李永镇博士为论文第一作者。博士生李韩率与黄哲铉参与核心实验与结构设计。

冷却介质直接导入芯片内部进行热交换，推动散热技术从外部传导向内部直冷转变。泵送压力需求的降低，为高密度算力设备在复杂工况下的稳定运行提供了新的热管理路径。

新型半导体冷却系统实现COP 16000 泵功率降至现有技术十分之一

研究团队完成新一代半导体冷却架构的验证工作。在统一升温测试基准下，该方案性能系数录得16000，达到同等散热量所需的流体驱动能耗降至现有技术的十分之一左右。此项进展为高热密电子设备的散热设计提供了明确的技术参照。

多精度框架优化与实测数据

系统开发引入多精度优化框架，将快速探索的一维模型与精确的三维计算流体动力学模拟进行耦合。算法同步对冷却性能、压力损失及温度均匀性三项指标进行寻优。基础验证依托5mm × 5mm测试芯片平台展开。

性能系数（COP）达到16000，约是2020年《自然》杂志报道的此前结果（约10000）的10倍。

数据口径表明，在维持散热输出不变的前提下，泵送功率需求实现显著下降。团队评估显示，将该架构放大至最大7.5cm × 7.5cm的AI半导体及数据中心冷板时，冷却效能较当前主流方法提升30%以上。

产线兼容与介质路径

制造端，该装置采用与CMOS工艺兼容的制程，可直接导入现有芯片代工厂生产线，无需配置额外设备。在材料与介质层面，方案舍弃相变制冷与纳米表面改性环节，不采用金刚石等高价特种散热组件，全程仅使用普通常温清水。

• 适用领域覆盖高性能计算、3D堆叠半导体、功率半导体及国防电子设备
• 性能系数（COP）在此语境中指系统制冷输出与驱动输入的能量比值，数值提升代表同等功耗下散热效率增强
• 摒弃复杂工艺与高价材料的组合路径，预计将直接削减数据中心及高端芯片的散热基建与运维开支

该散热路线的落地，有望在维持现有半导体制造标准的同时，为高算力设备提供更具成本效益的温控解决方案。