自愛迪生發明燈泡以來，如何散熱一直是工程師要面對的老問題。小至燒熔的燈絲、過熱的汽車引擎，大至熔毀的核反應爐，能否解決散熱問題，素來是科技能夠正常運作的大前提——晶片也不例外。
昇陽電腦創辦人、矽谷硬體工程師先驅 Andy Bechtolsheim 曾指出，微晶片的運作溫度極限約在華氏 221 度（攝氏 105 度），一旦超過此溫度，晶片就可能故障。但隨著業界對晶片效能的要求越高，晶片在運作過程中產生的熱能也就更多。
AI 晶片需有效散熱！液冷、新興晶片材料成解方
據英特爾的研究員指出，一小片封裝過後 4 平方英寸（約 10 平方公分）的 AI 晶片，其功率輸出約等同一隻吹風機（編按：1,000 瓦）。由此不難想像，一台塞滿數百、數千片 AI 晶片的超級電腦、伺服器在全力運轉時到底會有多熱。
儘管目前像微軟、AWS 等雲端巨頭，嘗試在他們的數據中心導入各種先進物理散熱方式，像是利用獨特的空氣對流構造，幫海量晶片們散熱，另外也有像浸沒式冷卻（immersion cooling），這種將整台零組件泡入液體中的液冷技術。據《Forbes》報導的分析師指出，用液體傳導的散熱效率，將是空氣對流的 1,000 倍，液冷將在未來四年內成散熱技術主流。
不過據《華爾街日報》近期報導，半導體產業的人士目前更樂意從源頭解決問題——開發散熱性能更好的晶片，而鑽石，可能是成功關鍵。
鑽石是目前人類已知最好的熱導體，但因為它同時也是絕緣體，無法完全取代矽晶圓作為晶片製成的基底，目前人造鑽石公司 Diamond Foundry 在矽谷設的實驗室，已成功嘗試製作出直徑約 10 公分、厚度不到 3 毫米的人工鑽石晶圓體，堪稱世上最大的人工鑽石，並將其黏合到一般晶片上，協助減去晶片運作時產生的熱能。
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人工鑽石打造的晶片、變流器，效能更出色
據 Diamond Foundry 說法，目前在 NVIDIA 未公開的 GPU 高階實驗室中，鑽石晶圓體的高散熱效率，相較原先製材，能提升晶片 3 倍以上的性能。
另外該公司最近基於人工鑽石晶圓體技術打造的電動車變流器（inverter），其卓越導熱效能，使之比市面上最先進的特斯拉 Model 3 中使用的變流器，體積上小了 6 倍，且功效與電池傳輸性能都更出色。
不只 Diamond Foundry ，全球鑽石龍頭戴比爾斯旗下的人造鑽石公司 Element Six 同樣也在研發類似技術，意圖用比對手更大顆的鑽石，放在晶片與散熱片之間，加強散熱效率。
Andy Bechtolsheim 認為，也許在不遠的未來，業界理想的晶片組將會是一種三明治型的堆疊組合——上層是負責傳輸通訊的玻璃纖維，中層是專司處理效能的矽晶片，底層則是拿來散熱的鑽石晶圓體。
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＊本文開放夥伴轉載，參考資料：《WSJ》、《Forbes》、《the EV report》。首圖來源：取自 Diamond Foundry 。
（責任編輯：廖紹伶）
