散熱更快 – 直接用純水在晶片上進行散熱

超頻玩家對於高效率的散熱方法有著很大需求，除了使用巨型的風冷散熱器外，各種水冷散熱系統也很常見，甚至在極限超頻比賽上，以液態氮 (LN2)做為急速下降及壓制硬體溫度。新研究顯示如果把水冷頭移除，直接將水流經晶片表面，可更快帶走廢熱。

目前電腦內部散熱系統大致上可分為兩大類：一類為被動空氣對流或是風扇強制流動的空冷散熱，以及封閉式液體循環流動的水冷散熱。研究人員今次改良了水冷散熱系統，主要是移除了水冷頭，而直接讓水接觸晶片進行散熱。

一般的水冷散熱系統，水冷液與發熱部份間配置水冷頭，以避免液體流出導致短路，並增加液體與發熱區域的接觸面積。不過水冷頭也具備一定的熱阻值，而水道與水冷頭外部接觸面也須保持一定厚度，故造成一定的效能損失。

不過近期，喬治亞理工學院的研究人員發表了新款的水冷系統，藉由移除水冷頭，直接將液體流經發熱的晶片，此舉排除了水冷頭金屬的熱阻，並能使液體直接吸收晶片運作時所發出的廢熱，快速降低晶片的溫度。

研究人員獲得 Altera 公司支援，於 28 納米製程的 FPGA (Field Programmable Gate Array，場效可程式化閘極陣列) 晶片上進行實驗。首先將晶片背部以蝕刻方式做出直徑約 100 微米的矽圓柱，以便加大液體和晶片的接觸面積，接著再將一片整合水道和水冷管道連接頭的矽片覆蓋之上。

透過特殊的設計，水直接流過晶片背部，與實際發熱的電晶體相當接近。

依據實驗結果，於 20 度去離子化水、流量每分鐘 147 毫升的設定下，此款 FPGA 晶片運作時可保持 24 度。相較之下，若是此款晶片使用一般空冷散熱器，運作溫度將高達 60 度。

研究中指出，未來此一技術可擴大應用於各式各樣的晶片。包含過去發熱過於集中，而無法實際生產量造的晶片設計，更可將多顆晶片疊覆封裝而不必擔心散熱問題。或是應用於晶片之外，例如功率放大器也需要相當有效地將廢熱散去。此項研究計畫由美國國防高等研究計劃署的微系統科技辦公室所發起，有了此項技術之後，或許未來所買到的處理器或顯示卡，將直接內建與水冷管道連接的轉接器，只需連結水冷 Pump 與冷排，加入水冷液後就可以成為高效率水冷散熱系統。