给芯片降温的新方法

来源：半导体行业观察

近年来，数据中心机架密度迅速提升。为了满足人工智能和其他高性能计算应用的需求，运营商正将更多的计算能力塞进每个服务器机架。这意味着每个机架需要消耗更多的千瓦时电力，最终产生更多的热量。冷却基础设施难以跟上这一趋势。

戴尔科技全球行业首席技术官大卫·霍姆斯表示：“八年前，机架的平均功率为每机架6千瓦，而现在出货的机架功率已达到270千瓦。明年，480千瓦的机架将投入使用，两年内兆瓦级机架也将面世。”

瑞士公司Corintis正在开发一种名为微流控的技术，该技术将水或其他冷却液 直接输送到芯片的特定区域，以防止过热。在最近与微软合作进行的一项测试中，运行微软Teams视频会议软件的服务器的散热效率是其他现有冷却方式的三倍。与传统的空气冷却相比，微流控技术可将芯片温度降低80%以上。

利用微流控技术提升芯片性能

较低的芯片温度能使芯片更快地执行指令，从而提升性能。低温运行的芯片也更节能，故障率更低。此外，冷却空气的温度可以提高，减少对冷却器的需求，降低液体消耗，从而提高数据中心的能源效率。

通过将冷却液精准地输送到芯片上发热最严重的区域，可以大幅降低芯片冷却所需的水量。范·埃尔普指出，目前的行业标准是每千瓦功率每分钟约需1.5升水。随着芯片功率接近10千瓦，这意味着冷却一颗芯片很快将需要每分钟15升水——这个数字无疑会激怒那些担心在其所在地区建设的超大型“人工智能工厂”（可能包含百万个或更多GPU）会对环境造成影响的社区。

Corintis的联合创始人兼首席执行官Remco van Erp表示：“我们需要针对芯片进行优化的液冷，以确保每一滴液体都能到达正确的位置。”

Corintis公司开发的仿真和优化软件用于在冷板上设计微观通道网络。就像人体循环系统中的动脉、静脉和毛细血管一样，每种芯片的理想冷板设计都是由形状精确的通道组成的复杂网络。

Corintis公司已扩大其增材制造能力，能够批量生产通道细如头发丝（约70微米）的铜制零件。其冷板技术与当今的液冷系统兼容。

该公司认为，这种方法可以将冷板的散热效果至少提高25%。Corintis公司相信，通过与芯片制造商直接合作，在硅片上刻蚀出通道，最终可以实现十倍的散热性能提升。

推进人工智能芯片液冷技术的发展

液冷技术并非新生事物。例如， IBM 360 大型机早在半个多世纪前就采用了水冷。现代液冷技术主要分为两种：浸没式系统（将机架甚至整排设备浸入冷却液中）和芯片直接冷却系统（将冷却液输送到贴近芯片的冷板上）。

浸没式冷却技术尚未成熟。虽然芯片直接散热技术已被广泛用于GPU散热，但它只能冷却芯片表面。

范·埃尔普表示：“目前的液冷技术是一种一刀切的解决方案，依赖于不针对芯片进行优化设计的简单方案，这阻碍了良好的热传递。针对每款芯片的最佳设计是一个由精确形状的微型通道组成的复杂网络，这些通道与芯片相匹配，能够引导冷却液到达最关键的区域。”

Corintis 已与芯片制造商合作，共同改进芯片设计。芯片制造商利用该公司的热仿真平台，以毫米级分辨率对硅测试芯片上的散热进行编程，并在安装选定的冷却方案后检测芯片的最终温度。换句话说，Corintis 充当了芯片设计和冷却系统设计之间的桥梁，使芯片设计人员能够构建具有卓越散热性能的未来人工智能应用芯片。

下一步的目标是从连接冷却通道和芯片设计的桥梁，过渡到将这两个流程合二为一。“现代芯片和冷却目前是两个独立的部分，二者之间的接口是热传递的主要瓶颈之一，”范·埃尔普说道。

为了将冷却性能提高十倍，Corintis 押注于未来将冷却与芯片本身紧密结合的趋势——微流体冷却通道将直接蚀刻在微处理器封装内部，而不是蚀刻在外围的冷板上。

Corintis已生产超过1万块铜冷板，并正在提升产能，目标是在2026年底前达到100万块的年产量。该公司还在瑞士开发了一条原型生产线，直接在芯片内部而非冷板上开发冷却通道。这项技术目前仅计划小批量生产，用于验证基本概念，之后将推广给芯片制造商和冷板生产商。

在微软发布 Teams 测试版后，Corintis 立即宣布了这些扩张计划。此外，该公司将在美国开设办事处，以服务美国客户，并在德国慕尼黑设立工程办公室。同时，该公司还宣布完成了由 BlueYard Capital 和其他投资者领投的2400 万美元 A 轮融资。

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