2026年5月8日，来自Fabric8Labs和伊利诺伊大学(UI)的机械工程师们利用 Fabric8Labs 的电化学增材制造 (ECAM) 工艺，生产用于数据中心散热的直接芯片级 (D2C) 纯铜冷板，可以将数据中心的冷却能耗从每吉瓦计算能力550兆瓦降低到仅11兆瓦，提供了一种更高效、更节能的计算机芯片冷却技术。
这项技术以题为“Ultra-high-performance cold platedevelopment
through topology optimization and electrochemical additive
manufacturing”的论文发表于Cell Press旗下期刊 《Cell Reports
PhysicalScience》。这项研究得到了美国能源部的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2026.103272
研究人员利用数学算法和先进的3D打印技术制造出纯铜冷板，性能优于传统冷板，且运行能耗更低。研究人员估计，如果将这项技术用于冷却整个数据中心，能耗仅占数据中心总能耗的1.1%左右，而传统空气冷却方式的能耗则超过30%。论文第一作者、机械工程研究生贝赫努德·巴兹米说：“冷却是计算机芯片设计的瓶颈。通过弥合计算设计和制造能力之间的差距，我们的方法为芯片和其他电子设备的更节能的液冷提供了一条途径。”计算机芯片的功率越来越高，这意味着它们会产生更多的热量。这一点，再加上数据中心数量的增长，给电网带来了巨大压力——据预测，到2028年，数据中心将消耗美国国家电网负荷的12%。过去40到50年间，计算机芯片一直采用空气循环冷却，但空气不足以散发现代芯片产生的热量。研究人员表示，液冷芯片冷却或许能提供更有效的解决方案。
芯片直接冷却系统由一块连接到计算机芯片的冷板组成。这些冷板上密布着金属“鳍片”，这些鳍片伸入冷却液中，以最大程度地增加与冷却液的接触面积。目前市面上已有部分芯片直接液冷系统，但这些系统优先考虑的是制造成本而非性能。本研究旨在优化鳍片设计，以设计出冷却能力最强的冷板。
△铜基底上制备的TO鳍片阵列照片。比例尺，1毫米。
研究团队采用了拓扑优化技术来设计具有最佳形状的散热鳍片。拓扑优化从一个简单的矩形初始设计出发，利用数学算法逐步改变鳍片的形状。在鳍片设计的每次迭代中，该算法都会估算散热能力以及将冷却剂泵送过鳍片所需的功率。
△所制备的针状鳍的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。比例尺，200 μm。
团队负责人教授内纳德·米尔科维奇说道：“拓扑优化最终会收敛到一个能够最大限度提高热性能并最大限度降低泵功率的最佳设计。”这种散热鳍片顶部尖锐，边缘参差不齐，比传统的散热鳍片（通常是简单的矩形、圆锥体或圆柱体）复杂得多。由于这种设计难以用传统工艺制造，研究团队与一家名为
Fabric8 的公司合作，采用一种名为电化学增材制造 (ECAM) 的先进制造方法，生产带有优化鳍片的铜制冷板。ECAM 并非熔化铜，而是利用电化学电镀技术，从下到上逐层沉积铜，从而构建出散热鳍片。
纯铜导热性高，但难以进行3D打印，因此大多数冷板都采用铝合金（AlSiMg）或不锈钢制成，而这些材料的导热性能并非最佳。米尔科维奇说道：“ECAM技术可以制造出细节极其精细的纯铜零件——精度可达30至50微米，比头发丝的宽度还要小。”研究人员将带有优化鳍片的单个铜制冷板与带有传统矩形鳍片的冷板的冷却性能进行了比较，发现优化后的冷板冷却效果提升高达
32%，压降（即流体流经冷板所需的压力）降低高达
68%，同时保持了相同的冷却性能。研究人员表示，在整个数据中心层面，与风冷和市售液冷系统相比，这将带来显著的节能效果。
例如，一个拥有1吉瓦（GW）计算能力的数据中心，运行空气冷却系统大约需要消耗550兆瓦的电力，这意味着它实际消耗的总能源为1.55吉瓦，但只有1吉瓦用于聊天GPT、搜索和存储等功能。米尔科维奇说道：“使用我们的冷板，数据中心只需要11兆瓦的电力用于冷却，而不是550兆瓦。”研究人员表示，这种优化和制造系统可以扩展应用范围，用于设计其他电子和非电子应用领域的优化冷却系统。巴兹米说道：“我们的工作流程可以应用于不同长度尺度上的各种冷却挑战。”
来源：南极熊
0 留言