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电子热设计行业之所以会发展到今天的规模,大概拜赐于Intel创始人之一Gordon Moore在1965年的一个预言。
这个预言的名字叫Moore's Law,说的是集成电路可以容纳的电子器件每隔18~24个月就可以翻倍,彰显了信息产业的发展速度。
这个预言很准,历经半个世纪的技术井喷和20多次验证,仍然成立。
时至今日,它已经被神化了,不叫Moore’s Prophecy,而叫Moore's Law。
既然是Law,就足以在学术界催化出自发的enforcement。
从热设计行业的角度来看,这意味着电子散热需求每隔2年就会翻倍,也就是说热设计研发大有可为。
这个推论在学术圈和工业圈内流传了几十年,将一代代毕业生送进了电子散热行业。
总结一下,我们当中的大多数人之所以会干这一行,是因为一个美国人在半个世纪以前就信息产业的发展趋势做了一番靠谱的预测,然后我们的导师和导师的导师选择在这条船上扬帆起航。
一切看起来都很美好。
只是,美中不足的是,Moore他老人家无暇顾及电子散热技术这件小事情,没有在预言中谈及这个专业。
我们不妨回头看看,电子散热行业的前辈们怎么定位这个专业,又怎么带领着我们走到了今天。
作者做了一张大致的年谱,记录了一些电子散热行业的大事。
大概分析一下以上年谱,有以下结论
1、在主流市场中,电子散热技术的发展节奏远远慢于信息技术。
举个例子来说:如果一个1963年的电子散热工程师拆开一台现代的商用笔记本电脑,应该可以看懂所有的散热技术。
2、在大多数场合下,铜的导热能力已经足够了,它的问题是太重。
因此,热传导技术在市场上快速兑现价值的模式是:守住铜的导热能力,并将材料变轻、变薄。两个例子:VC在军品市场上的狂热、石墨烯在手机市场上的广泛应用。
3、浸没式冷却是可以根除接触热阻问题的,但是液路的快速通断和密封等工程问题在过去37年没能得到妥善解决。
因此,即使是AMD这样的客户也宁可接受一定的接触热阻,他们的做法是通过标准化控制热阻值。
4、末端散热的技术已经发展到了两相流散热,其散热能力可以达到300~1000W/cm2 (视工质和应用场合而定)。
就硅基晶体管而言,最小尺寸不小于10nm左右(再小,电子跃迁的空间都没有了)。有位专家在讲座里说过,10nm晶体管集成电路的热流密度大概是1600W/cm2。也就是说,留给科学研发空间已经不多了。更何况,两相换热之上是否还有科学研发空间,研发速度能否跟上节奏,都存在很大的疑问。比较务实的打算是,结合一定的热扩展技术,绕过这一点点理论上的差距。
我们再把焦点拉近到2000年之后,不难发现:散热技术的进展都和小型化、轻型化、集成化和易用性有关。
这个趋势和Moore's Law有一定程度的关联。
晶体管尺寸越是接近10nm这个尺寸瓶颈,提升集成度的难度就越大,1美元能买到的计算能力也就越难提升。
也就是说,信息产业的发展不能过度依赖于“开源”了,必须加快“节流”的进程。
于是,原本留给散热技术的空间、电量、重量和价格等等都要缩减。
理想的目标,是让散热设备/装置在电子设备中的存在感完全消失。
因此,一切向着这个理想目标靠拢的技术都得到了重点扶持和快速应用,例如:VC、石墨烯和两相换热。
以上三者,尽管成熟度和可靠性尚有很大的提高空间,却毫无争议地成为了众人追捧的热点。
因为,电子行业的逻辑是:只要符合趋势,成熟度和可靠性是可以很快培养出来的。
最后,说一说上面那个理想:让散热设备/装置在电子设备的存在感完全消失。
这好像很矛盾,听起来一点儿都不像是一个行业发展壮大的路线,甚至还有一点儿悲哀。
然而,作为电子散热行业的上游产业,信息产业一直以来所追寻的发展目标就是小型化、轻量化和高集成度,容不得将空间资源和电量资源留给散热技术。
从这个角度来看,顺应上游产业的发展趋势,消除自身的存在感,恰恰是电子散热行业的生存价值。
信息来源:ustc103 USTC 热能和传热实验室