随着人工智能（AI）使用的快速增长，高性能半导体消耗的能源也在不断增加。为了减少能源使用，普渡大学的研究人员正在与英特尔合作，开发珊瑚形状的散热器，以彻底改变基于浸没的芯片冷却技术。

这种普渡大学设计的散热器旨在最大化冷却浸没在液体中的高性能AI芯片。其形状是通过拓扑优化设计的，类似于珊瑚礁。

“我们的研究表明，沸腾是一种有效且高效的冷却方式，尤其适用于用于AI应用的高功率芯片，”普渡大学机械工程教授、冷却技术研究中心（CTRC）主任Justin A. Weibel表示。“现在，我们正在与英特尔合作，推动一项巨大的进步，设计出一种专门针对双相浸没冷却的拓扑优化3D散热器。”

这项为期三年、金额为171万美元的资助（由普渡大学与英特尔合作）来自美国能源部的ARPA-E（先进研究项目局-能源）。

在双相浸没冷却中，半导体本身浸没在一种绝缘液体中。芯片的热量使液体沸腾，气泡带走热量。而关键技术则体现在与芯片连接的散热器上。

该珊瑚形状散热器的设计来源于拓扑优化。

“这里的突破是使用拓扑优化来设计浸没冷却的散热器，”Weibel说道。“如果我们将一个标准的散热器连接到高功率浸没冷却的芯片上，气泡甚至不会在大多数表面上形成。我们必须通过一种新的设计过程，根据沸腾过程的模型来塑造表面。”

在拓扑优化中，计算机模拟会迭代生成设计的数千个版本，每次略微改变设计，比较哪个版本的效果更好。经过这一过程，最终的“理想”形状与珊瑚相似。

“如果你从自然界看，这是很富有诗意的，”Weibel说。“珊瑚生活在水下，它们的形状有其原因。所以，当我们让算法设计一个浸没在液体中的散热器时，最终的形状仿佛是模仿了自然界的生物。”

设计的另一个元素是沸腾增强涂层，将应用于散热器上，由该项目的另一合作伙伴Advanced Cooling Technologies制造。这种细颗粒涂层旨在在散热器表面创造更多微小的成核点，从而促使更多气泡形成。

“这种方法的另一个优点是，我们可以设计出紧凑的散热器，将多个散热器紧密放置，”Weibel说。“将多个散热器排成一排，就像数据中心中的真正芯片一样，这种‘珊瑚礁’形状的铜散热器可以完全被动地冷却这些高性能芯片，从而最大化系统的整体能效。”

英特尔的代表最近参观了普渡大学的Birck纳米技术中心，以及Rosen先进计算中心。“他们被我们这里的研究成果震撼了，”Weibel表示。“我的学生们已经创建了一个测试平台，将他们的芯片与我们的散热器结合起来。这是一次非常积极的访问，大家都期待进行实验并查看结果。”

该项目是ARPA-E COOLERCHIPS计划的一部分，旨在创建更高效的数据中心。这是普渡大学研究人员参与的多个COOLERCHIPS项目之一，同时也符合普渡大学的Purdue Computes计划，这一计划强调计算、数据科学、半导体以及人工智能的物理实现。

“我们的总体目标是减少数据中心的能源消耗，”Weibel说。“如果我们仅通过散热器的物理形状做到这一点，就能避免使用大型泵、风扇和其他组件。如果将这种技术推广到多个数据中心，节省的能源和运营成本将是巨大的。”

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