随着人工智能(AI)技术的飞速发展,AI芯片面临着日益增长的数据处理量和运算速度要求,这导致其能耗急剧攀升。AI芯片的可靠性与温度密切相关,每升高10摄氏度,其可靠性可能减半。如何有效为日益“炙热”的AI芯片散热,并确保其性能和使用寿命,已成为算力行业面临的一大技术挑战。
在湖北江城实验室,2024年度中国青年五四奖章获得者、湖北大学集成电路学院教授吴小虎正率领团队,致力于为AI芯片开发一种内置的微流道结构。该结构能够使冷却液直接流经芯片内部,实现近距离的散热效果。
现年34岁的吴小虎,自攻读博士学位起便专注于热辐射研究,与“热”的问题结下了不解之缘。
为了深入理解不同材料的热辐射特性,他发现当时所在的实验室仅有各向同性材料的算法,而缺乏针对各向异性材料的算法。吴小虎提到,若要进行相关计算,必须依赖价格不菲且运算速度较慢的国外软件。
与一些倾向于“抄近路”的做法不同,吴小虎坚持深入探究。“如果仅仅依赖软件得出结果,而不理解其计算过程,就无法真正掌握材料的根本属性。”为此,他花费了一年半的时间,逐步推导出相关公式,并自行编写代码,最终成功设计出了一套电磁仿真算法。
吴小虎表示,过去计算各向异性材料的物理机理可能需要数小时,而现在仅需一秒即可得出结果。为了打破国外软件的垄断,他还进一步优化了该算法,并将其开发成软件,供其他科研人员使用。
博士毕业后,吴小虎婉拒了国外提供的优厚待遇,选择回国发展。“出国学习先进技术,正是为了更好地报效国家。”他说道。
在研究深入进行之际,一次培训活动促使吴小虎的研究方向发生转变。2025年7月,他遇到了湖北江城实验室主任杨道虹。
杨道虹邀请吴小虎加入实验室,并指出,“当前各类芯片都需要解决散热难题,您深耕的热辐射研究方向,恰好是国家和社会当前迫切需要的,您是否愿意考虑加入我们?”
面对自己深耕多年且已取得显著成就的基础研究领域,以及国家急需但需要从零开始的应用研究领域,吴小虎在考虑跨界时并非没有疑虑。但他最终还是接受了邀请:“国家在哪些方面存在短板,我们就应该在哪里发力。既然这个方向制约了行业发展,那我便来尝试解决它。”
怀揣着科技报国的理想,吴小虎将实验室设在了产业需求最前沿,投身于芯片这一全新领域。他需要从头学习设计、加工、封装等各个环节的相关工艺知识。
吴小虎的办公桌上堆满了材料、物理、数学、工程等各类书籍和文献。他几乎将全部精力投入到实验室工作中,仅保留必要的休息时间。“我一边从中寻找问题和研究方向,一边前往世界各地的大学、研究院以及科技企业拜访专家,寻求答案。”在吴小虎看来,这种潜心钻研并非虚度光阴,而是为了积累足够的力量去攻克“硬骨头”。
经过反复的推导和深入研究,吴小虎逐渐掌握了芯片散热的关键问题,并计算出了多种芯片材料的热辐射参数,为后续芯片工艺的改进提供了大量可靠的数据支持。
目前,吴小虎的研究团队共有6名正式成员,均为“90后”和“00后”,同时还有不少硕士毕业生和博士研究生陆续加入。
在人才培养方面,吴小虎并不拘泥于学历和背景。“我自幼在农村长大,接触的事物有限,心中只有科研。”吴小虎表示,只要愿意沉下心来钻研,并甘愿为国家需求付出努力,他都愿意提供平台。
在指导学生进行研究时,吴小虎始终强调一个要求——将个人理想与国家发展大局相结合。“我们的研究不能仅仅关注论文的影响因子,更要着眼于产业一线真正需要解决的问题,让研究成果得以应用。不怕坐‘冷板凳’,才能最终结出解决实际问题的‘热’成果。”吴小虎如是说。
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