来源 | Energy Conversion and Management

链接 | https://doi.org/10.1016/j.enconman.2026.121237

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背景

数据中心约40%的能耗被冷却系统占用，同时高功率芯片热流密度持续攀升，NVIDIA HGX B300 等旗舰 GPU 的热设计功耗 (TDP) 已突破1100W，传统冷却方案面临根本性瓶颈。主流冷却方案存在一定的局限性，风冷散热能力上限低、高能耗、噪声问题突出，无法适配千瓦级高功率芯片的散热需求。单相直冷（冷板技术）虽换热性能更优，但存在噪声、工质泄漏、耗水量大、长期可靠性不足等行业痛点。现有两相浸没冷却受限于芯片有效换热面积、介电流体固有临界热流密度 (CHF) 低的缺陷，难以同时实现>1000W 的超高散热功率与<85℃的芯片安全结温，成为制约高算力芯片发展的核心卡点。

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成果掠影

近日，中国科学院大学李骥团队提出了一种混合冷却结构，该结构将平板热管与双面双层多孔表面的沸腾强化和两相浸没冷却相结合，并对这种独特的平板热管进行了实验研究。该解决方案成功地消耗了1200 W（106.4 W/cm²），同时将芯片结温保持在安全的84.8 ° C，与实心铜块相比，最大散热能力提高了79.6%。研究还定量证明，底部填充提供了一定程度的操作稳健性，在400 W至1000 W的功率下，从部分干燥开始持续运行。相反，过度填充被证明是有害的，产生的最大散热能力比实心铜块低约19.7%。这些结果证实了所提出的集成架构，该架构利用了有效的热扩散和增强的沸腾，为下一代高功率电子器件提供了高效、可靠的热管理解决方案。研究成果以“Passive two-phase immersion cooling achieving over 1000 W per chip via porous coated flat plate heat pipes” 为题，发表于《Energy Conversion and Management》期刊。

03

图文导读

图1. FPHP的细节：（a）概述;（b）FPHP的组成;（c）各部分的厚度;（d）照片。

图2. FPHP的具体尺寸以及增强表面和芯的SEM图像：（a）FPHP的尺寸以及其增强表面的SEM图像，显示了80目和250目复合丝网的侧视图和正视图;（b）FPHP的内部尺寸以及芯的SEM图像。

图3.（a）池沸腾实验装置照片;（b）不同表面的热通量随过热的变化;（c）不同表面的HTC随热通量的变化。

图4.实验装置：（a）示意图;（b）照片。

图5.（a）加热模块和FPHP;（b）FPHP上T型热电偶的位置。

图6.测试程序示意图。

图7（a）：不同工作温度下的最大传热率;（b）平板热管中的压力平衡（工作温度：Tnear（35%填充率））。

图8. FPHP中30%填充率的实验结果：（a）测量数据随时间的变化;（b）高速摄像机拍摄的不同加热功率水平下的沸腾变化（红框概述了加热器底座在表面上的投影）

图9.在FPHP中35%填充率下的实验结果：（a）测量数据随时间的变化;（b）由高速摄像机捕获的不同加热功率下的沸腾变化（红框概述了加热器底座在表面上的投影）。

图10. FPHP填充率为40%时的实验结果：（a）测量数据随时间的变化;（b）高速相机捕获的不同加热功率下的沸腾变化（红色框概述了加热器底座在表面上的投影）。

图11.实心铜块的实验结果：（a）测量数据随时间的变化;（b）高速摄像机拍摄的不同加热功率下的沸腾变化（红框概述了加热器底座在表面上的投影）。

图12.不同加热功率下的结温。

图13.结温为85 ° C时的最大散热能力。

图14.（a）不同加热功率下的热阻;（b）不同加热功率下的总热阻。

图15.（a）附加试验期间结温和T1随时间的变化;（b）初始试验（第0个月，35%填充率）和附加试验（第6个月，33%填充率）之间结温的比较。