半导体芯片作为当代电子产品的＂心脏＂，其性能的提升一贯是科技发展的重点方向。近年来，台积电等芯片制造商通过工艺升级和新技能运用，使芯片的运算能力和集成度得到了大幅度提升，为人工智能、云打算等新兴领域供应了强有力的＂动力引擎＂。
芯片性能的提升并非没有代价。由于晶体管数量的激增和工艺制程的缩小，新一代芯片的功耗也在持增长。以台积电即将推出的A16芯片为例，它采取了超级电轨构架和纳米片晶体管技能，可使芯片性能和逻辑密度再上新台阶，但芯片的发热量也将成为一大寻衅。
专家预测，A16芯片的发热量很可能超过目前大型工业设备的水平。我们知道，一些大功率的工业设备如工业烤箱、熔炼炉等，其发热量常日在几十千瓦的量级。而A16芯片虽然体积很小，但由于集成了数十亿乃至上百亿个晶体管，加之工艺制程的缩小，使得每单位面积的功耗密度空前提高，整体发热量很可能超过大型工业设备。
芯片发热量的增加，给散热系统带来了巨大寻衅。目前，芯片散热紧张依赖于风扇和热管等被动式散热办法，对付发热量较大的芯片来说，这种传统办法的散热效率已经捉襟见肘。如果不能及时采纳有效的主动散热方法，芯片的温度就会持攀升，不仅会影响芯片的稳定性和寿命，还可能导致芯片＂烧毁＂。
除了芯片本身的散热问题外，新一代高性能芯片的大规模运用也将给全体系统的用电和散热带来巨大压力。以数据中央为例，随着云打算、人工智能等新兴技能的快速发展，数据中央的算力需求正在激增，大量采取了最新一代的高性能芯片。据统计，一个大型数据中央的用电量已经相称于一座中型城市，个中绝大电力都用于为芯片供电和散热。
如果不能及时办理数据中央的用电和散热问题，将会给能源供给和环境造成沉重包袱。我曾经参不雅观过一家大型互联网公司的数据中央，那里机房内部灯火通明、风扇呼啸，散热量非常可不雅观。事情职员见告我，数据中央的用电和制冷本钱已经占到了运营总本钱的一半以上，如果算力需求继增长，这个比例只会进一步攀升。
与数据中央类似，工业自动化和智能制造领域也面临着用电和散热的巨大寻衅。以机器人为例，未来工厂中将会大量利用智能机器人来完成繁芜的操作任务，每一台机器人的＂大脑＂都须要搭载高性能的芯片。根据预测，到2050年，中国工业领域的用电量将翻一番，达到现在全国总发电量的水平。如此弘大的用电需求，对电网的运送能力和发电举动步伐都将带来巨大压力。
面对芯片发热和系统用电的双重寻衅，我们急迫须要创新性的办理方案。从芯片本身来看，设计低功耗的芯片架构、采取新型的散热材料和散热构造等方法都有望改进芯片的散热状况。而在系统层面，发展高效的制冷技能、利用可再生能源知足大规模用电需求等，也是必由之路。只有从芯片到系统多管齐下，才能真正办理新一代高性能芯片带来的散热和用电难题。
