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隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展,AI芯片成為推動高性能計算的核心引擎。從訓練復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到執(zhí)行大規(guī)模的并行計算,AI芯片承擔著極高的運算負荷。然而,伴隨高計算密度而來的,是大量的熱量產(chǎn)生。若不能及時有效地散熱,不僅會導致芯片過熱,甚至可能影響到AI系統(tǒng)的整體性能與穩(wěn)定性。因此,如何通過先進的導熱材料和散熱技術(shù)為AI芯片“降溫”,成為當前產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點。
目前,AI芯片的散熱難題主要源于以下幾個關(guān)鍵原因:
1. 高功率密度
AI芯片在執(zhí)行復雜的計算任務(wù)時,需要極高的功率,這導致其單位面積內(nèi)的功率密度大大高于傳統(tǒng)處理器。更高的功率密度意味著更多的熱量集中在更小的區(qū)域內(nèi),散熱難度增加。尤其是用于深度學習、推理和訓練模型的AI芯片(如GPU和TPU),其功耗和發(fā)熱量比普通CPU高得多。
2. 芯片封裝設(shè)計的限制
隨著芯片集成度的提升,現(xiàn)代AI芯片包含了數(shù)十億個晶體管,尺寸越來越小,且設(shè)計上緊湊。這種高度集成的封裝設(shè)計導致芯片內(nèi)部的熱量無法迅速有效地傳導至外部進行散熱。封裝材料的導熱性能有限,進一步加劇了熱量積累。
3. 工作負載的連續(xù)性
AI芯片通常需要長時間持續(xù)工作,例如用于實時數(shù)據(jù)分析或訓練復雜的人工智能模型。這種連續(xù)性工作負載意味著芯片持續(xù)產(chǎn)生大量熱量,且散熱的時間窗口非常有限。傳統(tǒng)的散熱解決方案難以應對這樣長時間、高強度的工作負荷。
散熱技術(shù)通過直接在芯片或處理器表面移除熱量來優(yōu)化設(shè)備性能并延長使用壽命。隨著AI芯片的計算能力不斷提升,其功耗和熱量也隨之增加,傳統(tǒng)的散熱方案逐漸暴露出局限性。
金屬和陶瓷基導熱材料
金屬導熱材料(如銅、鋁等)因其優(yōu)異的導熱性,常用于極端環(huán)境下的芯片散熱。金屬的高導熱系數(shù)(如銅的導熱系數(shù)約為400 W/(m·K))使其能夠快速將熱量從發(fā)熱源傳遞出去,適合高熱通量應用場景。同時,金屬材料具備較高的機械強度和抗熱沖擊能力,廣泛應用于需要在惡劣環(huán)境下持續(xù)高效散熱的AI芯片中。
陶瓷導熱材料(如氮化鋁)不僅具有良好的導熱性,還具備電絕緣性,是許多AI芯片封裝和高功率應用中的理想選擇。陶瓷材料的導熱性介于金屬和傳統(tǒng)聚合物材料之間,且其熱穩(wěn)定性使其能夠在高溫或腐蝕環(huán)境下使用。例如,氮化鋁的導熱系數(shù)高達170-180 W/(m·K),廣泛用于極端環(huán)境下的AI芯片封裝中。
東超開發(fā)出的球形氮化鋁粉體具有高導熱率和絕緣性,將其加入樹脂或塑料中,能顯著提高樹脂或塑料的導熱性能。氮化鋁粉體是一種具有高熱傳導系數(shù)、優(yōu)良電絕緣性能材料,氮化鋁粉體純度高,粒徑小,分布均勻,比表面積大,高表面活性,松裝密度低,具有良好的分散性和注射成形性能,可用于復合材料,與半導體硅匹配性好,界面相容性好,能提高復合材料的機械性能和導熱介電性能。
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來源:粉體圈
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