随着对更小型微芯片的需求不断增长，能否满足这一需求的问题很大程度上集中在芯片能否有效散发其产生的热量。而在芯片中加入自冷却元件，正是目前正在测试的一种解决方案。

“这一固有的限制阻碍了摩尔定律的实现——该定律预测，随着计算需求和功耗的增加，微芯片和晶体管将继续变得越来越小。如果无法克服芯片的“发热”问题，微芯片的进一步小型化将给计算领域带来难题，” Inverse网站指出。

瑞士研究人员一直致力于将冷却系统直接集成到芯片本身。正如Inverse所说：“这种方法可能会使 效率获得数量级的提升 ，相较于此前提出的冷却模型，并将计算技术带入一个全新的创新时代。”

目前，散热能力从根本上受到硬件（半导体）与封装之间热阻的限制。瑞士研究人员正在研发一种可将冷却元件直接集成到芯片上的芯片。他们将这种方法称为“微流体—电子协同设计”，可实现对热量的可控散逸与管理。

目前的冷却方法依赖大量的水。每千瓦时的能量需要2加仑的水来冷却。据Inverse介绍，鉴于美国数据中心预计将消耀17,300,000,000千瓦时的电力，仅这些数据中心就需要相当于22万个奥运会规格泳池的水量。

此前开发自冷却芯片的尝试，都是将冷却元件与电子元件分开制造，再在制造完成后进行组合。这些方法在成本和热应力方面都存在问题。

“电力电子器件是将电能转换为不同形式的固态电子设备，被广泛应用于日常生活的各类场景中——从电脑到电池充电器，从空调到混合动力电动车，甚至卫星。随着对更高效、更小型电力电子器件需求的不断增长，这些器件单位体积所转换的功率大幅提高。这反过来又增加了器件的热流密度，即单位面积产生的热量，” 《自然》杂志报道称。 

“（该团队）取得了突破性进展，开发出……一种将（冷却通道）与芯片在同一芯片上集成并共同制造的系统，” 该报告作者、机械工程师魏体伟（Tiwei Wei）写道。“因此，这些内嵌通道被埋设在芯片有源区正下方，使冷却剂能够直接流经热源下方。”

该团队首先制作了内嵌式冷却系统，并在微芯片的基板上加装了加宽的冷却剂通道。这些通道用铜密封，其他电子元件则直接建造在芯片之上。

该团队使用水作为冷却剂，设计了一种将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电子元件，并将其与不具备内嵌冷却功能的同类元件进行了对比测试。结果显示效率显著提高，研究人员推测该系统的冷却能力可能是传统模型的最高50倍。

而且，由于这种制造方法采用的是现有系统，研究人员表示该方案在经济上已经具备可行性。

魏体伟提出的注意事项包括：测试所用材料需要在多种环境下进行长期测试，水作为冷却剂可能并非长期的最佳解决方案

 

一些注意事项——不过，魏体伟表示，这项设计并非完美无缺。他在报告中指出了该设计存在的几个结构性问题，即用于基板表面的材料，以及制造过程中用于连接冷却剂通道的粘合剂。这两者在不同环境下（例如典型微芯片制造工艺相关的温度条件下）的长期稳定性和有效性都令人担忧。

同样，鉴于电子设备与水通常并不“兼容”，水作为该系统的冷却剂也可能并非长期解决方案。“尽管仍有挑战有待解决，（这项）工作仍是朝着为电力电子器件打造低成本、超紧凑且节能的冷却系统迈出的 重要一步 ，”魏体伟补充道。

这款比硬币还小的自冷却微芯片，藏着不少秘密。Van Erp et al. / Nature