“电子血液”——散热和电能供给的杀手锏

智能时代即将来临，人们对信息的需求，不再是简单的接收和传递。我们需要手中的机器具有更强的智能思维能力，为我们快速提供我们思想里直接想获取的物质或服务。

     相对于简单的信息传送和接收，智能思维意味着设备计算能力爆炸性的提升。芯片必须在更短的时间内进行更多的运算，硬件性能的提升进度，将直接决定智能时代何时来临。

     
     根据当前半导体行业物理实现机理，芯片计算效率的提升，实质上必然伴随能量消耗的提升。而这些能量，归根结底都要以热的形式散失到环境中去。了解电子产品散热问题的工程师都知道，高性能处理芯片的温度问题，在传统的外部散热手段下，已经濒临物理极限。很难在不变更芯片能源供给架构的前提下，继续提升芯片的热量集成度。





       近年来，电子产品性能飞速发展，智能化趋势明显。有人说，“深蓝”电脑战胜国际象棋大师、“沃森”大白美国电视智力竞赛冠军以及阿尔法狗在公认的逻辑计算变数最多的围棋项目上击败世界顶级围棋手李世石，都充分说明人类制造出的这些“怪物”的能力在某些方面已经超越了的它们的创造者。





     然而，这一结论对与机器而战的人类代表并不公平。以IBM公司最聪明的计算机是沃森为例，它因为打败了美国电视智力竞赛的两位冠军而闻名于世。在这一竞赛中，两位冠军的大脑只以20瓦的能量运行，而沃森却需要85000瓦。这种能效上的差异，简直天差地别。IBM公司相信，能效将取代计算能力成为下一代电脑芯片的基本原则。

      基于这一点，IBM创造性地提出了“电子血液”这一概念。在芯片中，“电子血液”将同时起到供电和冷却处理器两个核心作用。这一思维，比美国国防部提出的芯片级液冷还要更具革命性。IBM科学家布鲁诺·米歇尔(Bruno Michel)称：“‘电子血液’的灵感来自人类大脑，神经元就是由血液提供能量并冷却。我们复 制人脑的这种装配技术，希望将设备的体积压缩数百万倍，而将能效提高5000倍。对于一般的微芯片，实现芯片功能的晶体管仅占芯片体积的很小一部分体积，98%都用于冷却。而人类大脑则不同，40%的体积用于执行功能，50%用于相互联络，只有10%用于冷却。”




     对于上述数据中提及的电子产品中98%的空间用于冷却，大多数人可能并不认同。实际上，可以做一个简单的反证。试想，如果芯片的功耗足够低，或者电子血液可以在供给能量的同时将发热量及时、充分移出，那么某台电脑根本就不再需要散热器、风扇以及笨拙的各种电源接头。机箱中所有的空间都是可压缩掉的。此时，芯片集成度可以做到极大，或许，一个火柴盒大小的设备，就可以实现当前普通电脑的所有功能。

      IBM在3月14～18日于德国汉诺威举办的展会“CeBIT 2016”上已经演示了正在开发的“Electronic Blood”（电子血液）技术。液体在三维封装的半导体中循环，同时进行冷却和供电的技术。IBM认为，与现有计算机相比，利用该技术可以实现大幅的高密度封装和节能。
按照最初的概念，供电是基于液体从容器流出再回到容器中的全钒液流电池（VRFB）的化学供电，而演示中，液体并不循环，而是朝着一个方向流动。
据介绍，这项技术有望在2030年之前达到实用化。




     当然，电子血液要求这类流体具备优良的电气性能。而且，电子血液的流道设计将成为电子产品设计中的核心设计环节，真正强大的MEMS产品才会出现。如果电子产品的能量利用效率能达到甚至超越人类的生物利用层级的时候，或许，智能时代就真正来临了。


     那样的景象，实在无法想象是什么状态。

     盼望科技快些发展，这一日，快些到来