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“液態(tài)金屬”,中國引領(lǐng)散熱革命

“液態(tài)金屬”,中國引領(lǐng)散熱革命

2013-06-25 11:55:31

  電影《終結(jié)者》里,施瓦辛格扮演了一個“打不死”的金屬機器人,能變成液體一樣流動?,F(xiàn)實中的“液態(tài)金屬”雖沒有那么神通,卻也將在先進散熱管理領(lǐng)域大展身手。

  “熱障”瓶頸

  “隨著技術(shù)的進步,現(xiàn)在一部手機的運算能力,已經(jīng)相當于早前一臺體積龐大的計算機,性能提升了很多量級??梢韵胂螅@么多的運算集中在一個芯片上,發(fā)熱量是十分巨大的。”清華大學與中國科學院理化技術(shù)研究所雙聘研究員劉靜教授拿起手機笑著告訴記者,之所以通話時間久了,手機會發(fā)燙,是因為芯片集成度的提高和功耗的劇增。

  過高的溫度不僅令電腦頻繁死機,甚至會導致芯片燒毀。對于追求極速“快感”的電腦玩家,傳統(tǒng)的風冷方式早已不能滿足其散熱要求。于是,熱管、水冷,甚至液氮等五花八門的散熱方法層出不窮。

  不過遺憾的是,這些散熱方式或多或少都存在著缺陷:普遍用于筆記本電腦的熱管技術(shù)存在燒毀極限,難以滿足高熱流密度芯片的散熱需求;當前流行的水冷、液冷方式需配備體型臃腫的水箱,且存在蒸發(fā)、泄漏等問題,對于電子產(chǎn)品來說幾乎是致命的安全隱患。

  英特爾公司負責芯片設(shè)計的首席技術(shù)官帕特·蓋爾欣格指出:“放眼看去,耗能和散熱將成為一個根本性的限制,我們必須在芯片總體設(shè)計中認真考慮這兩個問題。”怎樣突破“熱障”瓶頸的束縛,連IT巨人都頭疼不已。

  “金屬”革命

  這一次,是中國人為打破瓶頸帶來了希望。

  現(xiàn)有的散熱方式都不理想,能不能找到更好的辦法呢?在經(jīng)過大量的試驗、反復(fù)比較之后,劉靜的腦子里忽然靈光一閃:為什么不用液態(tài)金屬散熱?

  金屬的熱導率要遠遠高于水,可以達到水的六七十倍甚至更高。如果能用室溫下處于流動狀態(tài)的液態(tài)金屬作為“冷卻劑”,給計算機芯片“降溫”,理應(yīng)再合適不過了。

  其實,液態(tài)金屬散熱技術(shù)在核電站反應(yīng)堆中已經(jīng)有了應(yīng)用。但其采用的鈉合金卻“性如烈火”,很容易造成爆炸和火災(zāi),要把它用于芯片散熱顯然有安全隱患。

  經(jīng)過反復(fù)篩選、研制,劉靜的團隊最終想到了一種熔點低、沸點卻很高的金屬——鎵,并借助納米技術(shù),來提高鎵合金的性能。鎵的性情比較“溫和”,不會發(fā)生爆炸等危險,且對人體比較安全;更讓人驚喜的是,水到了100攝氏度就會沸騰,而鎵的沸點竟高達2400多攝氏度,即使放進煉鋼爐里,它依舊“無動于衷”,這就為未來制造高性能計算機留下了非常大的空間。

  劉靜向記者展示了幾款完成工業(yè)設(shè)計的液態(tài)金屬散熱器,看上去和普通散熱器并無明顯不同,可其中卻大有文章。就拿驅(qū)動方式來說,其研制就頗費一番心思。如果用機械泵驅(qū)動,液態(tài)金屬會在葉片四周凝結(jié),從而堵塞管道??蒲腥藛T想到金屬可以通過電磁波來驅(qū)動,于是研發(fā)出功耗僅在500mW左右的電磁泵,進而發(fā)展出直接利用芯片產(chǎn)生的熱量驅(qū)動金屬流體的新技術(shù)。由于無任何運動部件及風扇,這種裝置徹底實現(xiàn)了無噪音運行。就這樣,劉靜帶領(lǐng)他的團隊,把一個實驗室里的概念,一步步變成了可以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。

  2002年,劉靜申請首項發(fā)明專利并獲得授權(quán)。這比其他國際團隊都要早許多。這一次,中國人走在了世界前列。隨后,劉靜的團隊陸續(xù)申請了30余項核心技術(shù)專利,形成了完整的知識產(chǎn)權(quán)體系。

  2007年,國際知名期刊英國應(yīng)用物理學雜志《Journal of Physics D:Applied Physics》以封面文章的形式,發(fā)表了劉靜團隊的研究成果。液體金屬冷卻計算機芯片技術(shù)在國內(nèi)外引起強烈反響,成為先進散熱管理領(lǐng)域內(nèi)嶄新的發(fā)展方向之一。

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