北京
當(dāng)AI芯片功率突破1200瓦逼近一只電水壺，當(dāng)數(shù)據(jù)中心機(jī)架功率飆升至250千瓦如同100多只電水壺同時(shí)燒水，"散熱"這個(gè)看似冷門(mén)的話題，正從幕后配角躍升為制約整個(gè)智能時(shí)代的關(guān)鍵瓶頸。北京大學(xué)楊榮貴教授和華中科技大學(xué)李小波教授在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表題為“熱管理學(xué)科前沿：從微納傳熱到AI算力基礎(chǔ)設(shè)施”的觀點(diǎn)文章，從聲子輸運(yùn)、界面熱阻等基礎(chǔ)物理出發(fā)，剖析芯片功耗墻與三維集成熱阱困境，梳理數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)譜系，呈現(xiàn)從納米到千公里的跨尺度熱管理學(xué)科全景。
你有沒(méi)有這樣的體驗(yàn)：連續(xù)玩三局手游后，手機(jī)背面燙得幾乎握不住？這背后藏著一個(gè)關(guān)乎整個(gè)AI時(shí)代的命題——熱管理。
AI芯片"發(fā)燒"有多嚴(yán)重？
2017年，英偉達(dá)V100芯片功率約300瓦；2024年，Blackwell芯片飆升至1200瓦——相當(dāng)于一只家用電水壺。下一代Rubin架構(gòu)預(yù)計(jì)將突破2000瓦。一顆指甲蓋大小的AI芯片，局部熱流密度超過(guò)300 W/cm2，數(shù)倍于核反應(yīng)堆堆芯。傳統(tǒng)風(fēng)冷極限僅約100 W/cm2，早已力不從心。業(yè)內(nèi)流傳一句話："散熱能力就是算力。"
數(shù)據(jù)中心變成"大鍋爐"
如果說(shuō)芯片是"電水壺"，數(shù)據(jù)中心就是"大鍋爐"。2000年單機(jī)架功率僅2千瓦，2025年AI機(jī)架已達(dá)140千瓦，下一代目標(biāo)250千瓦——相當(dāng)于100多只電水壺?cái)D在一平方米空間同時(shí)燒水。傳統(tǒng)風(fēng)冷在25千瓦時(shí)就已達(dá)物理極限，再往上就會(huì)"熱失控"。
圖1 數(shù)據(jù)中心功率密度躍遷（2000~2030年）
液冷：給芯片"貼冰袋"還是"泡澡"？
水的吸熱能力是同等體積空氣的3200倍。當(dāng)風(fēng)冷走到盡頭，液冷成為必選項(xiàng)。目前主流有四條路線：?jiǎn)蜗嘀庇|（給芯片貼循環(huán)"冰袋"，最成熟）、兩相直觸（冷卻液在芯片表面沸騰，散熱能力躍升）、單相浸沒(méi)（整機(jī)"泡澡"）、兩相浸沒(méi)（整機(jī)"泡溫泉"，最具突破）。四條路線面向不同場(chǎng)景，從100千瓦到250千瓦以上，各顯神通。
圖2 液冷技術(shù)路線譜系
從"被動(dòng)散熱"到"主動(dòng)設(shè)計(jì)"
散熱正在從芯片設(shè)計(jì)完成后的"補(bǔ)救措施"，躍升為前端"定邊界"的核心環(huán)節(jié)。冷卻策略必須前置到設(shè)計(jì)階段，芯片峰值性能不再由晶體管數(shù)量決定，而由散熱能力決定。中國(guó)科學(xué)院2022年將"電子設(shè)備熱管理"納入國(guó)家學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略，這一領(lǐng)域正從工程技術(shù)配套躍升為戰(zhàn)略基礎(chǔ)能力。當(dāng)你下一次感嘆手機(jī)發(fā)燙或驚嘆AI助手的聰明時(shí)，不妨想想：在這些日常體驗(yàn)背后，一場(chǎng)圍繞"如何帶走熱量"的科技變革，正在悄然改寫(xiě)數(shù)字文明的底層代碼。
文章信息
楊榮貴, 李小波. 熱管理學(xué)科前沿: 從微納傳熱到AI算力基礎(chǔ)設(shè)施. 科學(xué)通報(bào), 2026, doi:
10.1360/CSB-2026-0245
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