人工智能、智能駕駛等高性能計(jì)算的爆發(fā)，使得芯片散熱成為伴隨工藝瓶頸、制約終端算力躍升的第二大關(guān)鍵難題。散熱不力將導(dǎo)致芯片溫度飆升，降頻、卡頓、宕機(jī)乃至硬件老化損壞等一系列問題接踵而至，嚴(yán)重?fù)p害用戶體驗(yàn)和邊緣設(shè)備可靠性。

天津大學(xué)近期在微型主動(dòng)散熱技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，該校精密測試技術(shù)及儀器全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室龐慰/張孟倫課題組成功開發(fā)出一款高能效壓電MEMS合成射流冷卻器。相關(guān)研究成果已在電子行業(yè)期刊IEEE Transactions on Electron Devices上發(fā)表，論文題為"Energy-Efficient Piezoelectric MEMS Cooling Chip for Compact Electronics based on a Partially Mechanical Decoupled Actuator"。

據(jù)論文通訊作者張孟倫教授介紹，這款MEMS冷卻器采用了"部分機(jī)械解耦"的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠高效產(chǎn)生合成射流，風(fēng)速可達(dá)3.4米/秒，全負(fù)載功耗僅69毫瓦，為傳統(tǒng)微型機(jī)械風(fēng)扇的1/5。該冷卻器整體封裝尺寸為6毫米×6.7毫米×2.1毫米，是目前公開報(bào)道的空氣對流式冷卻器中體積最小的，特別適合智能手機(jī)、平板電腦、智能手表等邊緣智能設(shè)備的應(yīng)用需求。

盡管體積小巧，這款MEMS冷卻器的散熱性能卻表現(xiàn)突出。龐慰教授表示，測試顯示當(dāng)冷卻器開啟后，熱源溫度從85℃迅速降至55℃，對流傳熱系數(shù)高達(dá)72 W/m?K，是被動(dòng)散熱方案的3倍，甚至超過了一些現(xiàn)役的微型機(jī)械風(fēng)扇。與業(yè)界新星美國Frore System的AirJet Mini產(chǎn)品相比，天津大學(xué)的MEMS冷卻器占位面積小40倍，功耗小15倍，散熱性能相當(dāng)。

在滿載條件下，該MEMS冷卻器能夠帶走1.1瓦的熱量，相當(dāng)于智能手機(jī)輕度辦公/娛樂的發(fā)熱量。其全負(fù)載能效系數(shù)COP高達(dá)12.7，意味著每消耗1份電量可帶走12.7份熱量，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)微型機(jī)械風(fēng)扇和AirJet Mini產(chǎn)品。研究人員表示，通過級(jí)聯(lián)多個(gè)該MEMS冷卻器，可將散熱量提升數(shù)倍，滿足平板電腦、游戲手機(jī)等高耗能場景的散熱需求。

隨著人工智能、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)的快速發(fā)展，高性能芯片正從云端數(shù)據(jù)中心向邊緣設(shè)備轉(zhuǎn)移，而散熱問題已成為制約終端算力提升的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)散熱方案面臨諸多局限：主動(dòng)冷卻器體積大、能耗高、噪音大，而被動(dòng)散熱器雖輕薄靜音，但散熱能力有限。天津大學(xué)研發(fā)的這款微型高能效MEMS冷卻器，為解決邊緣智能設(shè)備散熱難題提供了新的技術(shù)路徑，有望推動(dòng)邊緣設(shè)備從"被動(dòng)散熱時(shí)代"向"主動(dòng)散熱時(shí)代"轉(zhuǎn)型，為算力革命提供關(guān)鍵支持。