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散热一直是芯片的头号问题，随着算力提升，芯片产生的热能也愈来愈高。对此，台积电近
期在 VLSI 研讨会上发表“水冷芯片”的研究，提供散热问题的解决方案。
台积电将水冷系统整合至芯片，直接降温
关于芯片散热，常见的做法是在芯片上涂导热硅脂，将热量传到散热器底部，导热管、水冷
管再将热量导到鳍片，最后风扇将鳍片的热量吹走，完成散热。但部分芯片顶部有用于保护
的金属盖，下面才是芯片核心，因此芯片必须透过内部的导热材料，先将热量传到金属盖，
再透过芯片外的导热硅脂带走热量。至于没有金属盖的芯片（例如笔电 CPU），顶部也会有
硅材料，它的功用是保护电路结构，但也阻绝了散热。
随着电晶体密度提升，产生的热量也愈来愈多，因此台积电将水冷系统整合在芯片中，让水
直接从芯片内带走热量。台积电测试了三种水冷设计，一种是 DWC（直接水冷），直接在晶
片表面的硅蚀刻凹槽，让导热液体流动并带走热量；另一种是在芯片顶部添加蚀刻水路的硅
材料结构。由于需要使用导热材质来接合这两层结构，而根据导热材质的不同，就衍伸出 O
X TIM（硅氧体导热材质）与 LMT（液态金属导热材质）两种方案。
根据台积电的研究，DWC 的散热效果最好，能带走 2.6 kW 的热量，产生摄氏 63 度的温差
；OX TIM 效果其次，带走 2.3 kW 的热量，温差为摄氏 83 度；LMT 效果最差，仅带走 1.
8 kW 的热量，温差为摄氏 75 度。
趋势：软件以性能为重，加剧芯片的能量消耗
以原理来说，台积电的水冷芯片与传统方法相同，都是借由导热来散热。但是透过将水冷系
统整合至芯片的方式，可以让散热介质更接近热源，提升散热的效能。
之所以需要提升芯片散热能力，除了电晶体密度提升等硬件升级外，软件设计思维转变也是
重要因素。在 2000 年代以前，软件大多会选择牺牲运作速度，来降低对硬件的资源消耗。
但从 Windows Vista 后，软件开始强调运作速度，并将硬件性能运用到极限。例如 Google
Chrome，它经常占据大量的 CPU 与内存资源；或者是 Microsoft Office，它会使用 GP
U 来加速运行，以确保操作的流畅度。
因此，在芯片算力与软件运作性能的提升下，芯片的功耗愈来愈高，自然需要更优秀的散热
方案。透过将水冷系统整合至芯片的方式，台积电期望提升芯片的散热能力，以确保运作顺
畅，满足使用者的需求，实现更高效能的运算。