突破AI芯片散热瓶颈，微流控技术大幅提升冷却效率
2025-11-27 20:37:33   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

近年来，数据中心的机架密度迅速攀升。运营商们在每个服务器机架中塞入更多算力，以满足人工智能（AI）及其它高性能计算应用的需求。这意味着每个机架需要消耗更多的能源，最终也会产生更多的热量。然而，相应的冷却基础设施一直难以跟上步伐。

“八年前，每个机架的平均功率为6千瓦，而现在出厂的机架功率已达到270千瓦。”戴尔（Dell）全球行业首席技术官David Holmes表示，“明年，480千瓦的机架将准备就绪，而兆瓦级机架将在两年内投入使用。”

据麦姆斯咨询报道，瑞士初创科技公司Corintis正在研发一种微流控冷却技术，将水或其它冷却液直接引导至芯片的特定部位，以提高散热性能，防止过热。在最近与微软（Microsoft）合作的一项测试中，搭载Corintis微流控冷却技术的Teams视频会议服务器，其散热效率达到了其它现有冷却方案的3倍。与传统的空气冷却相比，基于微流控技术的液体冷却将芯片温度降低了80%以上。

利用微流控技术提升芯片性能

计算芯片温度越低，其执行指令的速度就越快，性能也就越高。在较低温度下运行的计算芯片还具有更高的能效和更低的故障率。此外，散热空气温度无需降低，这减少了对制冷机的需求，降低了液体消耗，从而使数据中心更节能。

通过将冷却液精准引导至芯片产热最多的部位，可以大幅减少冷却芯片所需的用水量。Corintis联合创始人、首席执行官Remco van Erp指出，当前行业标准约为每千瓦功率每分钟1.5升水。随着芯片功率接近10千瓦，这意味着冷却一块芯片，很快就需要每分钟15升水。这一数字将使超大型“AI工厂”带来沉重的资源影响，因为，这些工厂可能包含100万个或更多的图形处理器（GPU）芯片。

“我们需要经过优化的专用芯片液冷技术，以确保每一滴液体都能流到正确的位置。”Remco van Erp表示。

Corintis开发的仿真与优化软件用于在冷板上设计微观层面的微小通道网络。就像人体循环系统中的动脉、静脉和毛细血管一样，这些仿生微流控芯片的冷板设计是由一系列形状精确的通道构成的复杂网络。

Corintis已扩大其增材制造能力，能够大规模生产微流控通道窄至人类头发丝的冷板部件。并且，其冷板技术与目前的液冷系统兼容。

Corintis认为，这种方法能将冷板散热效果提升至少25%。Corintis相信，通过直接与芯片制造商合作，在硅片本体内部刻蚀通道，最终可以实现冷却效果的10倍提升。

推进AI芯片液冷技术发展

液冷技术并非新鲜事物。例如，半个多世纪前，IBM 360大型机就采用水来冷却。如今的液冷技术在很大程度上是两种系统之间的竞争：一种是浸没式系统，即将机架（有时是整排设备）浸入冷却液中；另一种是直接芯片冷却（direct-to-chip）系统，即通过管道将冷却液输送到贴在芯片上的冷板。

浸没式冷却尚未准备好投入主流应用。虽然直接芯片冷却技术正被广泛用于GPU降温，但它只能冷却芯片表面附近的区域。

“如今的液冷是一种‘一刀切’的解决方案，采用未针对芯片进行适配的简单设计，无法达到最佳的热传递性能。”Remco van Erp表示，“Corintis针对每颗芯片提供了适配的最佳设计，采用一系列精确成形的微流控通道构成复杂网络，这些通道会将冷却液引导至最关键的区域。”

Corintis已在与芯片制造商合作改进设计。芯片制造商正利用Corintis的热仿真平台，在硅测试芯片上以毫米级分辨率对散热进行编程，然后在安装选定的冷却方案后检测芯片上产生的温度。换句话说，Corintis充当了芯片和冷却系统设计之间的桥梁，使芯片设计商能够为AI应用打造具有卓越散热性能的未来芯片。

Corintis下一阶段的目标是从冷却通道和芯片设计之间架设桥梁，转变为将这两个过程统一起来。Remco van Erp表示：“现代芯片和冷却系统目前是两个独立的元件，两者之间的界面是热传递的主要瓶颈之一。”

为了将冷却性能提升10倍，Corintis寄望于这样的未来：冷却系统将作为芯片本身不可分割的一部分紧密结合，微流控冷却通道将直接蚀刻在微处理器封装内部，而非周边的冷板上。

Corintis已生产超过10000个铜制冷板，并正在提升其制造能力，计划到2026年底实现100万个冷板的产量。该公司还在瑞士建立了一条原型生产线，致力于在芯片内部直接开发微流控冷却通道。该项目仅计划进行小批量生产以验证概念原型，随后将移交芯片制造商和冷板生产商。

Corintis在微软Teams测试结果公布后立即宣布了这些扩张计划。此外，该公司将开设美国办事处以服务美国客户，并在德国慕尼黑设立工程办事处。另外，Corintis近期还宣布完成了由BlueYard Capital及其它投资方领投的2400万美元A轮融资。

延伸阅读：

《微流控技术及市场-2024版》

《热界面材料（TIM）技术及市场-2026版》