材小新
东京大学工业科学研究所近日宣布，其研发团队成功开发出全球首款基于蒸汽相变原理的3D水冷系统，通过突破性微流体设计，将芯片散热效率提升至传统技术的7倍，制冷系数（COP）达105,000，为高性能计算领域带来革命性散热解决方案。相关成果已发表于国际权威期刊《Cell Reports Physical Science》。
针对传统单相水冷技术依赖水“显热”吸热的局限，研究团队首次将水的相变潜热引入芯片级散热。通过创新设计的双级流动架构，在硅晶圆背面直接蚀刻20微米级精密微通道，与现有半导体工艺无缝兼容，通过调控通道几何形状与表面润湿性，实现水-汽两相流的稳定传输，彻底解决蒸汽堵塞行业难题。实验数据显示，该系统可在1千瓦/平方厘米的热流密度下稳定运行，完美适配下一代AI芯片的极端散热需求。
相较传统单相水冷系统COP值仅10-100的行业水平，新技术的相变效应使其COP飙升至105,000（部分测试条件达10万），意味着每消耗1单位能量即可转移10万单位热量。项目负责人野村正弘教授表示：“这项技术可将数据中心制冷能耗降低40%，为百万兆级（Exascale）计算时代提供关键基础设施支撑。”
随着台积电、英伟达等头部企业加速布局AI芯片，散热技术已成为制约算力突破的核心瓶颈。东京大学的技术可直接蚀刻于芯片封装层，无需额外工艺步骤，为半导体产业提供了极具竞争力的散热解决方案。研究团队已与多家国际半导体企业启动合作洽谈，目标3年内实现商业化落地。
《Cell Reports Physical Science》审稿人盛赞：“该研究通过流体动力学与热力学的深度融合，攻克了两相冷却领域数十年的技术壁垒。”野村正弘教授进一步指出：“在AI与数据中心能耗占全球电力4%的当下，这项技术有望成为推动碳中和目标的关键拼图。”
目前，研究团队正聚焦系统长期可靠性优化，并探索新型环保冷却介质的应用潜力。随着AI、5G、自动驾驶等领域对算力的需求呈指数级增长，东京大学的3D相变水冷技术或将重新定义芯片散热标准，引领电子技术向更高能效时代跨越。