研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)熱界面新材料有望降低人工智能數(shù)據(jù)中心能耗

人工智能革命開啟了能源消耗指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的時(shí)代。美國(guó)能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，到2028年，人工智能數(shù)據(jù)中心的能耗將比目前增長(zhǎng)三倍。據(jù)悉，人工智能數(shù)據(jù)中心高達(dá)40%的電力消耗用于冷卻高功耗芯片。

為應(yīng)對(duì)人工智能時(shí)代不斷上升的能源消耗挑戰(zhàn)，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程系教授申盛領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種具有突破性的熱界面材料，其性能超越現(xiàn)有的解決方案。這篇發(fā)表在《自然·通訊》的論文指出，其設(shè)計(jì)并成功研發(fā)了超低熱阻且實(shí)現(xiàn)提升冷卻效能的熱界面材料，這一新材料顯示了顯著的可靠性。

“這種材料如同連接納米與宏觀世界的橋梁。”申盛教授所在實(shí)驗(yàn)室的博士生王澤曉解釋道，“由于這種納米材料可通過宏觀方法制備，我們能親眼見證其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的影響。”

據(jù)了解，申盛團(tuán)隊(duì)研發(fā)的熱界面材料不僅市場(chǎng)性能最優(yōu)，還具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。在-55—125攝氏度的極端溫度范圍內(nèi)經(jīng)過1000多次循環(huán)測(cè)試后，材料未出現(xiàn)任何性能衰減。

“這項(xiàng)技術(shù)解決了諸多現(xiàn)存難題，且已具備即時(shí)應(yīng)用條件。”盛申表示，“雖然當(dāng)前最迫切的需求是數(shù)據(jù)中心冷卻，但其應(yīng)用前景非常廣泛。它能突破那些仍在使用過時(shí)熱界面材料的行業(yè)局限，可用于預(yù)封裝環(huán)節(jié)、支持非黏合劑的返修工藝，并能實(shí)現(xiàn)室溫下兩種基板的熱黏合。”

“納米級(jí)的研究成果往往需要數(shù)十年才能轉(zhuǎn)化為實(shí)用設(shè)備。”博士生王啟賢說，“而我們的材料因其易用性已能產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)影響，這令人振奮。”

“我們的材料將為人工智能計(jì)算領(lǐng)域帶來(lái)重大利好。”論文第一作者、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)博士后兼創(chuàng)新商業(yè)化研究員程銳指出，“除了降低能耗，還能使AI開發(fā)更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)、更可靠。”

這種新型納米結(jié)構(gòu)的材料是由兩層銅薄膜在上下兩側(cè)夾著中間納米線陣列構(gòu)成，總體厚度小于40微米。這種看起來(lái)像三明治的薄材料既柔軟又容易變形，可以適應(yīng)界面的表面形貌，從而能夠?qū)崿F(xiàn)超高的導(dǎo)熱性能。與現(xiàn)有的熱界面材料相比，該材料能夠極大降低界面熱阻，急劇縮小冷熱源接觸界面的溫差，進(jìn)而降低高能量密度器件的工作溫度。

據(jù)了解，目前研究團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化制備過程，期望實(shí)現(xiàn)這種材料在可控成本范圍內(nèi)的大面積生產(chǎn)，同時(shí)也會(huì)繼續(xù)優(yōu)化材料的性能，為材料的實(shí)際應(yīng)用鋪路。