AI时代，如何实现方寸之间的热管理革命？

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（来源：爱集微）

随着大模型训练与推理需求爆发，AI芯片算力不断提升，功耗与发热问题日益凸显，正成为制约智能设备性能释放的核心瓶颈。实验表明，当芯片温度升至70–80℃时，每再升高10℃，性能下降近50%。高温已成为制约AI应用发展的关键瓶颈，也催生了新一代散热技术的迫切需求。

在此趋势下，传统的冷却解决方案难以跟上需求，导致过热问题，从而降低芯片性能并降低用户体验，越来越难以应对高功率密度芯片的散热挑战。液冷散热技术凭借其主动循环、高效导热和灵活布局的优势，正逐步从数据中心走向移动终端，成为AI时代热管理的新方向。

液冷散热：从数据中心到移动设备的散热变革

散热技术的进化史，本质上是行业对“算力－功耗－热量”三角平衡的破解史。传统散热方案长期依赖热管、均温板（VC）等被动式相变技术，其核心逻辑是通过材料的导热特性将热量“疏导”至散热面。但这类技术受限于二维平面传导，当芯片功率密度超过一定阈值，散热效果就将大打折扣。

液冷散热技术并非全新概念，早在高性能计算和数据中心中已有成熟应用，其核心原理是通过液体（如水、矿物油、氟化液等）直接或间接接触发热部件，利用液体更高的比热容和导热效率，实现更快速、更精准的热量传递，从而显著提升散热效能，降低能耗，并支持高密度计算设备的稳定运行。

目前液冷技术主要应用在AI数据中心中，技术实现形式主要分为三类：冷板式通过金属导热板精准冷却核心发热部件，兼容性强且改造成本低，适用于中高密度机柜；浸没式将设备完全浸入冷却液实现极致散热（PUE可低至1.03），但需专用密封设计和高成本氟化液，适配超算/AI等高热密度场景；喷淋式依赖定向喷射蒸发吸热，技术成熟度低且泄漏风险显著，目前仅边缘计算等特定场景试点（当前冷板式占主流60%+，浸没式增速35%+）。冷板式液冷因其技术相对成熟且改造成本较低，目前在市场中占据主导地位，2024年在我国液冷数据市场中占比超90%。而浸没式液冷则因其极高的散热效率，在超算中心、AI训练集群等高热密度场景中的应用也在逐步增加。

液冷散热技术正处于快速发展和规模化应用的阶段，TrendForce集邦咨询预估，液冷技术在AI数据中心的渗透率将从2024年的14%，大幅提升至2025年的33%。与此同时，随着AI手机、轻薄笔记本、AR/VR设备等移动终端对算力需求的飙升，液冷技术也开始“小型化”“集成化”发展，作为应对高功率密度算力需求的关键解决方案，正在从数据中心向消费电子等领域快速扩展。

但更多的挑战出现也随之出现。智能手机、平板、AR/VR等移动设备的内部空间相比AI数据中心相差甚远，传统液冷方案的泵体体积、功耗、噪音都难以适配。这就像要在火柴盒里装一套空调系统 —— 既要功率足够，又要足够“小巧”。

微泵液冷：移动设备中的“微型空调系统”

与传统的被动散热方案（如石墨片、VC均热板）相比，微泵液冷系统的散热效率提升显著，能够应对高热流密度，保障设备高性能持续稳定运行，满足手机AI PC、数据中心、超薄本、游戏本的高算力散热需求。更关键的是，其柔性管道设计可适配折叠屏铰链、超薄机身等复杂空间，解决了传统散热方案“硬接触”的适配难题。

其中，压电微泵液冷技术更是由于响应快、易控制和易集成的特点而受到越来越多关注，压电微泵技术的出现，为移动设备的散热难题提供了钥匙。压电微泵液冷散热是基于压电陶瓷逆效应开发出的新一代主动散热驱动方案，通过压电微泵与高分子薄膜的超高集成实现主动式液冷。其工作机理是，当交变电场施加于压电陶瓷，材料发生微米级形变，改变泵腔容积，配合单向阀的“开关”动作，冷却液被持续“吸入”并“压出”，在微米级管道中形成循环，将芯片产生的热量精准转移至散热片。

压电微泵液冷技术属于主动式散热方案，由于其超低功耗、超小体积、超静音、高背压、高流量、高净换热系数等特点，非常适用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、AR/VR眼镜、运动相机、可穿戴设备、无人机、AI算力服务器、AI机器人、微型医疗设备等散热系统中，有望成为各类移动终端热管理领域重要的技术解决方案。

但现有的压电微泵的普及也受制于三大技术瓶颈，一是驱动电压高，传统方案需300V以上电压，远超移动设备电池的供电能力；二是集成难度大，泵体、驱动电路、控制模块的分立设计占用过多空间，能效低；三是噪声大，对驱动波形的谐波要求高。因而传统压电微泵方案多依赖分立元件，体积大、能效低，仍然难以满足消费电子对紧凑与节能的双重要求。

南芯SC3601：以“芯”破解液冷驱动难题

随着移动智能终端设备不断突破性能和设计的极限，压电微泵液冷系统的采用有望成为行业的一大趋势。面对液冷驱动难题，国内芯片厂商在压电微泵液冷散热产品方面进展喜人，南芯科技在近期推出的SC3601压电微泵驱动芯片，成为国内首款能广泛应用于移动智能终端的液冷驱动解决方案。

SC3601集成升降压转换器，驱动电压峰峰值达190V，采用WLCSP和QFN小型化封装，响应速度可达亚毫秒级，完美匹配压电微泵液冷系统的需求。其三大技术创新重新定义了移动液冷的可能性边界。

首先，能量回收机制是SC3601的“节能密码”。传统驱动方案采用单向能量转换，电能通过压电材料转化为机械能时，约90%的能量以热能形式浪费。而SC3601采用双向转换架构，在压电振子形变复位时，能将机械能反向转化为电能回收，整体节电效率较传统方案提升10倍。这意味着，搭载该芯片的手机能够在实现高性能运算的同时，将液冷系统的能耗大幅降低，从而在提供更强散热能力的基础上，显著提升整体能效表现，实现了性能与续航的双重优化。

其次，高精度波形控制则解决了“流量稳定性”难题。压电微泵对驱动波形的纯度极其敏感，哪怕微小的谐波干扰都可能导致流量波动。SC3601将总谐波失真加噪声（THD+N）控制在0.3%的超低水平，让冷却液流量误差不超过2%，实现对微泵的高精度、低噪声控制，可实现更即时精确的反馈。

最后，集成化设计最终打破了“空间桎梏”。传统方案需要至少5个分立元件才能驱动压电微泵，而SC3601将驱动电路、控制模块、保护机制集成在单颗芯片中，体积缩小至0.8mm²，仅相当于一粒米粒的1/5。这种集成度使其能轻松嵌入智能手表、AR眼镜等超小型设备，为可穿戴设备的“AI化”扫清散热障碍。

在SC3601 出现之前，全球压电微泵驱动芯片市场几乎被国际厂商垄断，国内厂商要么依赖进口，要么因性能不足难以商用。南芯科技SC3601的高集成度与低功耗特性，使其可广泛应用于智能手机、平板、穿戴设备、触觉反馈模组、键鼠等领域。它不仅解决了压电微泵驱动电压高、波形质量要求高的痛点，更在性能上直接对标国际头部厂商的同类型产品。

随着南芯科技等国内厂商的突破，压电微泵液冷技术不再仅是实验室中的概念，而是正逐步走进普通用户的口袋、背包和桌面。在这场方寸之间的热管理革命中，南芯科技以“芯”为笔，正在书写国产芯片在高端驱动领域的新篇章。