散热芯片，轻薄型计算设备的未来？

前言： 制约高算力芯片发展的主要因素之一就是散热能力。 未来，人工智能行业会因为算力散热问题被“卡脖子”吗？ "以功耗换性能”的趋势

芯片散热问题一直困扰着工业界。指甲盖大小的芯片却是个300瓦的热源，但实际上，芯片远远不到这个功耗时便已经烫得不行。

芯片的小型化和高度集成化，会导致局部热流密度大幅上升。算力的提升、速度的提高带来巨大的功耗和发热量。

台积电发布的一份报告显示，未来一些面积大于500平方毫米的“大芯片”，其目标设计功耗可能会高达2000瓦以上。

尽管芯片工艺尺寸不断减小，但是功耗密度却在不断增加。

半导体工艺一旦进入2nm，芯片的晶体管数量和算力自然会高倍数提升。AI算力‘飚升’的场景对超高功率芯片的解热及散热将持续带来巨大挑战。

目前整个消费电子芯片产业，实际上已经走入一个“性能大幅提高、功耗快速上涨”的怪圈，呈现出一种“以功耗换性能”的趋势。

基于压电MEMS的固态散热芯片

据麦姆斯咨询报道，近期，基于压电MEMS的固态散热解决方案创新公司Frore Systems宣布，搭载其MEMS主动散热芯片（AirJet）解决方案的笔记本电脑将于2023年初“出炉”，可提供比传统风扇更好的散热效果，同时噪声更低。

AirJet散热芯片是解决当今笔记本电脑限制CPU性能的散热问题，这是一种所谓的“固态散热解决方案”，完全抛弃了传统的风扇散热方式。

FAirJet内部是利用MEMS技术制造的微小压电薄膜，以超声波频率振动，然后这些压电薄膜产生强大的气流，使得冷空气通过顶部的通风口进入AirJet散热芯片，并从侧边的通风口带走处理器产生的热量。

单颗空气粒子能以每小时200公里的速度飞快地掠过散热芯片。

最重要的是，基于AirJet散热芯片的模组只有约2.8毫米厚，并且没有直接放置在笔记本电脑的处理器上，而是放置在铜管上，因此可以实现更薄的笔记本电脑设计。

目前最适合用于移动计算设备，包括笔记本电脑、游戏智能手机和平板电脑等，未来会考虑扩展到其他平台。

Frore Systems目前获得了英特尔、GiS、高通等主流大厂的支持，英特尔还计划在未来的Evo标准笔记本电脑中采用AirJet散热芯片解决方案。

AirJet散热芯片型号

Frore Systems的AirJet散热芯片共有两种型号：（1）AirJet Mini专为无风扇和轻薄笔记本电脑设计，现已出货；

（2）AirJet Pro专为具有更多处理能力的大型笔记本电脑甚至手持游戏系统而设计，将于2023年第一季度出货。

AirJet Mini尺寸为27.5mm x 41.5mm x 2.8mm，能以1W的功耗散大约5W的热量，并且仅产生21分贝的噪声，主要用于13英寸笔记本电脑和10英寸平板电脑。AirJet Pro尺寸为31.5mm x 71.5mm x 2.8mm，能以1.75W的功耗散大约10W的热量，仅产生24分贝的噪音，主要用于15英寸笔记本电脑。

散热芯片国内发展

近期华为公司和哈尔滨工业大学联合申请了一项名为“金刚石芯片”的专利。

这是一种利用金刚石材料制造的高效散热芯片，能够解决高性能芯片的发热难题，为芯片性能的提升开辟了新的道路。

金刚石是一种由碳元素构成的晶体，它的物理和化学性能非常优异。金刚石作为一种天然矿物，具备出色的导热性能。

将金刚石应用于电子芯片的散热中，可以大幅提高芯片的散热效率，相比传统材料，有效缓解了芯片因长时间高温运行而产生的问题。

金刚石能够有效抵御外界因素对芯片的侵蚀，提升芯片的稳定性和抗干扰能力，延缓芯片的老化速度，使得芯片使用寿命更长。

此次申请的“金刚石芯片”专利是一项在芯片散热方面的创新技术，专利涉及到复合导热材料的制备及其应用，其核心是将金刚石材料融入到芯片中，利用金刚石的高热导率，将芯片内部产生的热量快速传导到外部，从而实现高效的散热效果。

结尾：

许多芯片都面临热障，并且解决该问题并不容易。

尽管在某些应用中可以使用奇特的解决方案，但大多数市场必须找到用更少的资源做更多的事情的方法，这意味着每瓦特具有更多的功能。与此相关的成本比过去的解决方案要大得多。