[情報] 台積電要將「水冷系統」整合到晶片上？

[giorno78 (天晴)]

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散熱一直是晶片的頭號問題，隨著算力提升，晶片產生的熱能也愈來愈高。對此，台積電近
期在 VLSI 研討會上發表「水冷晶片」的研究，提供散熱問題的解決方案。

台積電將水冷系統整合至晶片，直接降溫

關於晶片散熱，常見的做法是在晶片上塗導熱矽脂，將熱量傳到散熱器底部，導熱管、水冷
管再將熱量導到鰭片，最後風扇將鰭片的熱量吹走，完成散熱。但部分晶片頂部有用於保護
的金屬蓋，下面才是晶片核心，因此晶片必須透過內部的導熱材料，先將熱量傳到金屬蓋，
再透過晶片外的導熱矽脂帶走熱量。至於沒有金屬蓋的晶片（例如筆電 CPU），頂部也會有
矽材料，它的功用是保護電路結構，但也阻絕了散熱。

隨著電晶體密度提升，產生的熱量也愈來愈多，因此台積電將水冷系統整合在晶片中，讓水
直接從晶片內帶走熱量。台積電測試了三種水冷設計，一種是 DWC（直接水冷），直接在晶
片表面的矽蝕刻凹槽，讓導熱液體流動並帶走熱量；另一種是在晶片頂部添加蝕刻水路的矽
材料結構。由於需要使用導熱材質來接合這兩層結構，而根據導熱材質的不同，就衍伸出 O
X TIM（矽氧體導熱材質）與 LMT（液態金屬導熱材質）兩種方案。



根據台積電的研究，DWC 的散熱效果最好，能帶走 2.6 kW 的熱量，產生攝氏 63 度的溫差
；OX TIM 效果其次，帶走 2.3 kW 的熱量，溫差為攝氏 83 度；LMT 效果最差，僅帶走 1.
8 kW 的熱量，溫差為攝氏 75 度。


趨勢：軟體以性能為重，加劇晶片的能量消耗

以原理來說，台積電的水冷晶片與傳統方法相同，都是藉由導熱來散熱。但是透過將水冷系
統整合至晶片的方式，可以讓散熱介質更接近熱源，提升散熱的效能。

之所以需要提升晶片散熱能力，除了電晶體密度提升等硬體升級外，軟體設計思維轉變也是
重要因素。在 2000 年代以前，軟體大多會選擇犧牲運作速度，來降低對硬體的資源消耗。
但從 Windows Vista 後，軟體開始強調運作速度，並將硬體性能運用到極限。例如 Google
 Chrome，它經常佔據大量的 CPU 與記憶體資源；或者是 Microsoft Office，它會使用 GP
U 來加速運行，以確保操作的流暢度。

因此，在晶片算力與軟體運作性能的提升下，晶片的功耗愈來愈高，自然需要更優秀的散熱
方案。透過將水冷系統整合至晶片的方式，台積電期望提升晶片的散熱能力，以確保運作順
暢，滿足使用者的需求，實現更高效能的運算。


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→ scarbywind  : 這不是要為2.5d鋪路?
推 jerrychuang : 感覺水管很難接出來卻不漏水阿
推 yys310      : 期待
→ erisiss0    : 晶片本身就設計管道的話，漏水不漏
→ erisiss0    : 不影響
→ erisiss0    : 因為管線如果打到晶片內部和在外面
推 kevin1221   : 內建均溫板或導熱管的概念?
→ erisiss0    : 散熱效率差的太多太多了
→ erisiss0    : 裡面的散熱用液體應該是利用熱導管
→ erisiss0    : 往外排，所以也沒有內部爆開的
→ erisiss0    : 可以想成直接插到晶片層的塔散w
→ Kain123     : 2.6KW也太猛
→ jior        : 這是直接改水噴射的概念！？
推 lazioliz    : 溫差那邊在寫啥看不懂
推 smallreader : 是有辦法做到那麼小的熱導管嗎，要
→ smallreader : 有管路讓蒸氣移動跟同時回收冷凝水
→ smallreader : 是說溫差跟功率的關係怪怪的嗎？
→ smallreader : 不過圖表的熱阻係數沒有這種怪異點
推 qazwsx1225  : 不用沒欸水冷了嗎
推 astrayzip   : 這技術做起來以後晶片不知道能多強
推 waiter337   : 焊上主機板的時候 不會炸水道嗎= =?
→ smallreader : 概念應該像水冷系統單一方向去循環
→ waiter337   : 但如果真的能改善 手機散熱問題或許
推 Resowcle    : 有溫差欸 所以可以利用溫差再省一點
→ Resowcle    : 電?
推 qqq3q       : 晶片內部溫度有的不是超過沸點了嗎?
推 ericinttu   :   是帶熱帶得夠快就不用到沸點嗎
推 shasen1235  : Intel:早說，14nm繼續用Let’s go
推 changmary   : amd給台GG代工 能超頻熱賣了
推 RaiGend0519 : 所以漏水的時候是直接射在裡面嗎？
→ RaiGend0519 : 水冷：「啊...啊！要射惹！去惹！」
→ RaiGend0519 : CPU：「不行！這毫秒是危險期！」
推 aegis43210  : 這不是用在手機晶片吧，應該是用在H
→ aegis43210  : PC
推 rwr         : 不如研發雙面散熱讓晶片整個站起來
推 cms6384     : 又抓到外星人了?
→ geesegeese  : 無法解決積熱問題，台積電到盡頭了
→ geesegeese  : 看老黃不敢下單台積電就知道
推 wario2014   : 感覺這不是普通的水冷液吧
→ comipa      : 台積電到盡頭www
推 kngs555     : 老黃不敢下台積電是在說笑嗎
推 aigame      : Intel要玩這麼大嗎我7nm還在做呢
→ kuma660224  : 這是GG再突破到另一個層次
→ kuma660224  : 有如當初從代工插手封裝 這次是
→ kuma660224  : 不讓散熱成為自己代工發展的限制
→ kuma660224  : 只有GG先做到 就再度甩開對手
→ kuma660224  : 雖然代工對手也從來沒追上過
→ xxtomnyxx   : 我覺得日後會設計成銜接式，晶片水
→ xxtomnyxx   : 冷將熱導到設計好的傳倒介面上，再
→ xxtomnyxx   : 用外部裝置散熱。
→ xxtomnyxx   : 我覺得這個設計主要是要解決「晶片
→ kuma660224  : 這個只是晶片內導熱從熱區到冷區
→ xxtomnyxx   : 到散熱器中間的熱傳導效率」應該不
→ kuma660224  : 不要讓熱集中在最熱那一點
→ jior        : 可能來個類似熱導管的概念
→ kuma660224  : 而是讓整個晶片去分攤熱度
→ xxtomnyxx   : 會讓你能直接拉接到晶片內部的水冷
→ kuma660224  : 然後再用傳統散熱處理整個晶片的熱
推 PulleyMouse : 這要封裝配合把管線接到更大的散熱
→ PulleyMouse : 面上吧？
→ PulleyMouse : 主機板可能要內建銜接館到散熱面上
→ PulleyMouse : 了...
推 ericinttu   : 台積電到盡頭 空不下去的盡頭嘛??
→ kuma660224  : 盡頭是無垠的星辰大海
→ kuma660224  : 能阻止GG的只剩下未來大客戶用不起
→ kuma660224  : 但GG會想辦法拐彎讓客戶用的起
→ kuma660224  : 堆疊封裝與水冷都不一定要製程持續
→ kuma660224  : 縮
→ kuma660224  : GG現在錢多  什麼奇淫巧計都能玩看
→ kuma660224  : 看
推 stosto      : 我賭老黃不敢下高階的在3*
→ aaron5555   : 這東西我覺得散熱不足的行動端比較
→ aaron5555   : 需要就是了
推 ashaneba    : 台積股票，香
→ Shepherd1987: 封裝一條龍, 沒有做不到只有買不起
推 tn601374    : 手機導熱出來，功率太大會很燙手吧
→ tn601374    : ，難不成戴手套玩手機？
→ tn601374    : 看起來是桌面端大功率CPU，這是在
→ tn601374    : 跟intel拼大瓦數
→ tn601374    : intel現在的優勢就是大瓦數大晶體
→ tn601374    : ，散熱出得來，如果gg這招可行，那
→ tn601374    : amd就可以出大瓦數跟intel拼了
推 kuma660224  : 手機應該是拼最新製程省電為主
→ kuma660224  : 而HPC要高時脈高頻寬 寧願多用電換
→ kuma660224  : 性能
推 Severine    : 怎麼好像之前就聽過這消息
推 taipoo      : 不看好，還要考慮SMT打件，會爆開的
推 michelin4x4 : 要解局部熱堆積的問題，所以才設計
→ michelin4x4 : 水流道，就是用mems的方式製作
推 lu19900217  : 就想成鐵蓋內就有熱板，超眾，雙鴻
→ lu19900217  : 等類股，股價噴噴？
推 ATand       : 晶片蝕刻水路?要怎麼把水封進去
推 rfoo1789    : 開蓋玩家：哭啊
推 cms6384     : 讓你們想到還叫獨門技術嗎？
推 JASONGOAHEAD: 飲水機用的製冷晶片?
→ a85139138   : 溫差拿來，確定沒寫錯嗎
→ a85139138   : *裡
推 anipeg      : 就是水冷頭直接做在晶片上啦
推 geesegeese  : 今天股價又下跌就是證明
→ geesegeese  : 期待晚上ADR大跌
推 sova0809    : 熱脹冷縮會不會有問題？
推 skywgu      : 以後cpu散熱器會跟cpu黏在一起…
推 YJJ         : 順便把技術革新到其他領域就賺爆