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引言' v# V1 c: Y+ y2 u
在人工智能和計(jì)算需求不斷增長(zhǎng)的時(shí)代,電子設(shè)備的散熱管理變得越來越重要。本文旨在幫助了解是Frore Systems公司開發(fā)的突破性固態(tài)主動(dòng)冷卻技術(shù)AirJet。隨著我們不斷突破摩爾定律的界限并擁抱人工智能革命,傳統(tǒng)冷卻方案正在面臨巨大挑戰(zhàn)[1]。
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! ~7 w4 U% S1 p/ N" P% F! u7 ]) {現(xiàn)代計(jì)算中的散熱問題8 R$ b; \# C5 V7 e' R
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% |8 G% Y5 E$ N |% f7 h6 O圖1:摩爾定律面臨的挑戰(zhàn),強(qiáng)調(diào)了晶體管數(shù)量、芯片面積和總熱輸出的增加。
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隨著晶體管數(shù)量和芯片面積持續(xù)增加,每個(gè)晶體管的功耗雖然趨于穩(wěn)定,但總熱輸出卻顯著增加。這一趨勢(shì)可能會(huì)阻礙摩爾定律的進(jìn)展,而摩爾定律一直是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要?jiǎng)恿Α?br />
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: H) @) z4 @+ m( ^人工智能革命進(jìn)一步加劇了這個(gè)問題。據(jù)估計(jì),到2030年,人工智能計(jì)算需求將增加300%以上,對(duì)性能的需求正將我們的設(shè)備推向散熱極限。
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圖2:各種受益于設(shè)備端人工智能的應(yīng)用和行業(yè),包括平板電腦、筆記本電腦、智能手機(jī)和工業(yè)設(shè)置。. G4 k: m6 a# n' b
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設(shè)備端人工智能正在各種應(yīng)用和行業(yè)中變得越來越普遍。從個(gè)人設(shè)備上的智能視頻編輯和實(shí)時(shí)翻譯,到工業(yè)環(huán)境中的預(yù)測(cè)性維護(hù)和智慧城市管理,對(duì)人工智能能力的需求無處不在。然而,如果沒有足夠的冷卻解決方案,邊緣設(shè)備將難以有效運(yùn)行這些人工智能應(yīng)用。1 A8 c$ U( n2 V% s: K- w
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現(xiàn)有冷卻解決方案的局限性% T$ j, \2 v! S. N' W0 c' y% J
目前的散熱管理技術(shù)大致可以分為兩類:# T" a8 K L2 m- a' }6 F
1. 被動(dòng)冷卻設(shè)備:
4 _* w+ M( y3 r例如:平板電腦、智能手機(jī)、無風(fēng)扇筆記本電腦依靠導(dǎo)熱和輻射到環(huán)境中設(shè)計(jì)緊湊纖薄,空間有限散熱包絡(luò)限制在5-10W# Y7 J0 G# q; q8 T
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2. 主動(dòng)冷卻設(shè)備:, O4 u/ T! l9 m0 j* N, W* @
例如:游戲筆記本電腦、工業(yè)PC使用散熱器、熱管、風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)體積大、噪音大、重量大,可靠性存在問題散熱包絡(luò)范圍為15-35W! f+ C: j1 l+ j. S
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這些現(xiàn)有解決方案無法滿足現(xiàn)代人工智能驅(qū)動(dòng)設(shè)備的苛刻要求。理想的散熱解決方案需要提供高散熱率,同時(shí)保持纖薄、輕便、靜音,并能在密集緊湊的設(shè)備中有效運(yùn)作。此外,還應(yīng)具備防塵、防水、可靠和可擴(kuò)展的特性。2 Q% h) K# m4 c6 C* _
5 ~+ ~3 G$ S. B- M1 _ p& uAirJet:革命性冷卻解決方案
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5 x9 D3 g, g, M' _. ^' n圖3:展示AirJet Mini,這是一種基于MEMS技術(shù)的固態(tài)主動(dòng)冷卻芯片,同時(shí)列出了其主要規(guī)格。, _* H* O6 L8 [) ^# _
# B- Q) i* A1 D# sAirJet Mini是Frore Systems公司開發(fā)的一款突破性固態(tài)主動(dòng)冷卻芯片。基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù),這種創(chuàng)新解決方案解決了傳統(tǒng)冷卻方法的局限性,同時(shí)滿足了現(xiàn)代設(shè)備的苛刻要求。
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AirJet Mini的主要特點(diǎn)包括:% D2 T" L H1 ?. D
散熱量:5.25 W背壓:1750帕斯卡最大功耗:1 W重量:7克厚度:2.5毫米
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/ T) Q* R j. |8 e @圖4:說明AirJet的工作原理,展示了固態(tài)主動(dòng)冷卻MEMS芯片及其與處理器的相互作用。
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* I3 p- @% t* D$ _8 T' C: s" jAirJet利用獨(dú)特的射流沖擊技術(shù)實(shí)現(xiàn)高熱傳遞率。固態(tài)主動(dòng)冷卻MEMS芯片產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流,直接沖擊處理器,有效散熱。出口空氣溫度約等于處理器溫度,確保最佳冷卻性能。
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1 _. A7 N( A5 k1 ^- U制造過程
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. T6 [' d1 x$ R4 w( {2 }7 d( S, X- m6 d/ @圖5:用于在非硅晶圓上制造AirJet的定制半導(dǎo)體工藝。# y. i1 D8 `+ z V
% ^! g% A0 ?4 m# `& ^9 L6 f* J4 wAirJet代表了一個(gè)全新的芯片類別,采用獨(dú)特的材料、設(shè)計(jì)和制造工藝。生產(chǎn)在Frore Systems位于臺(tái)灣的專用晶圓廠進(jìn)行,使用非硅晶圓的定制半導(dǎo)體工藝。這種創(chuàng)新方法使得冷卻解決方案能夠結(jié)合固態(tài)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的性能。5 P2 g6 ]/ ?( u3 ? @
8 W" e& `0 A6 [5 m5 d; {+ [實(shí)際應(yīng)用和性能提升
& A* j. J/ f: p2 \* ]" ZAirJet技術(shù)已成功應(yīng)用于各種設(shè)備,在不同形態(tài)因素下展現(xiàn)出顯著的性能提升:
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7 e/ r9 G" J( P( p) y3 X @8 T. a- S1. 超薄無風(fēng)扇筆記本電腦:; }* i" H8 Q% Q
CPU功率提高67%CPU性能提高23%靜音運(yùn)行SoC功率從12W增加到20W+ K2 B. x) s0 p3 y6 n, h
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2. 高端平板電腦:7 ~: S0 U+ [* l! C- L
持續(xù)SoC性能提高100%SoC功率從5W增加到10.4W
" T% x+ ?& }$ g5 E5 l2 V3 _2 D% o6 e8 q& k+ \
3. 智能手機(jī):
# ]; u; H8 M5 k8 Q) P& l性能提高40%相同厚度,攝像頭突起延長(zhǎng)兼容IP68防水防塵標(biāo)準(zhǔn)SoC功率從5W增加到7W8 {7 [% C# u. T
6 R" w& n4 _- B; Q& U) T0 M3 t4. 移動(dòng)SSD配件:
) X6 E3 K( Z4 h. a9 r% L性能提升3倍運(yùn)行溫度降低20°C全速持續(xù)雷電傳輸,無節(jié)流系統(tǒng)功率從14W增加到24W表面溫度從72°C降至60°C) }. i' ]3 {. r. X
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5. 工業(yè)迷你PC:
4 S! j) n' v& \! o0 ^( [無風(fēng)扇設(shè)計(jì),配備2個(gè)AirJet Mini系統(tǒng)功率從14W增加到24W表面溫度從72°C降至60°C7 M _- a2 @' w' H
5 n4 k% g5 [' @/ F2 n2 Q0 f6. 智慧城市攝像頭:
, ]1 x" |+ y! z' V6 v. ^惡劣環(huán)境下的邊緣設(shè)備冷卻3個(gè)AirJet Mini冷卻Nvidia Nano 8GB系統(tǒng)功率從10W增加到22W# T$ W7 S) |+ v# W4 m
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這些實(shí)際應(yīng)用展示了AirJet技術(shù)在各種設(shè)備和使用場(chǎng)景中的多功能性和有效性。3 G4 L, l5 {( E0 `% N/ ^
* U2 R" O- X$ L未來發(fā)展:用于數(shù)據(jù)中心的LiquidJet* a/ Y b# q4 {/ G5 S
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) u/ M2 \& x/ M5 A O8 _圖6:比較AirJet(使用空氣)和LiquidJet(使用水)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的散熱性能。1 |' n5 E: E" s, P6 J4 g$ y
; B4 x- G* v# l) i4 Q; n7 OFrore Systems正在開發(fā)LiquidJet,這是為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而設(shè)計(jì)的固態(tài)主動(dòng)冷卻MEMS技術(shù)的改進(jìn)版。通過將冷卻介質(zhì)從空氣替換為水,LiquidJet有望提供指數(shù)級(jí)提升的散熱能力:
$ c1 k" W9 G4 C" C5 S+ y$ |) |! \! kAirJet(空氣):5.25W散熱量LiquidJet(水):22000W散熱量# [ W' `6 r$ U
9 Q& A! U/ z. `% Z) q這一顯著的冷卻能力提升可能會(huì)徹底改變數(shù)據(jù)中心的散熱管理,為大規(guī)模計(jì)算環(huán)境提供更高的性能和效率。
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s. c5 I& C* A8 k結(jié)論
$ l! `+ `5 o ]4 T. T隨著不斷推動(dòng)計(jì)算能力的邊界并擁抱人工智能革命,有效的散熱管理變得越來越重要。AirJet技術(shù)代表了冷卻解決方案的重大進(jìn)展,為各種設(shè)備提供了緊湊、高效和多功能的散熱方法。
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通過在更小的形態(tài)因素中實(shí)現(xiàn)更高的性能,AirJet為下一代具備人工智能能力的邊緣設(shè)備開辟道路。從超薄筆記本電腦和智能手機(jī)到工業(yè)應(yīng)用和智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施,創(chuàng)新的冷卻技術(shù)正在幫助釋放現(xiàn)代計(jì)算的全部潛力。
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M( ~( v# D; W. v參考文獻(xiàn)
$ M8 E" Q, f# L8 C8 n! ?; Q[1] S. Sathyamurthy, "AirJet: Solid-state active cooling helps maintain Moore's Law," in Hot Chips 2024, 2024.* [5 `1 c/ e3 V
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