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在人工智能快速發(fā)展的背景下，算力持續(xù)攀升，芯片散熱問題日益凸顯。如何高效“降溫”，正成為制約AI基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵難題。近日，上海交通大學(xué)顧劍鋒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合皇家墨爾本理工大學(xué)馬前教授、香港城市大學(xué)呂堅(jiān)教授，在新型結(jié)構(gòu)散熱領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過解析三周期極小曲面（TPMS）結(jié)構(gòu)，提出“熱學(xué)基因”概念，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)傳熱行為的定量解碼。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》，并入選當(dāng)期封底內(nèi)頁。

TPMS結(jié)構(gòu)廣泛存在于自然界，如蝴蝶翅膀和海膽骨骼中，其特點(diǎn)是三維連續(xù)、比表面積大且結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展?；诖耍藗儼l(fā)展出通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控性能的人造材料——超材料。盡管TPMS超材料在換熱領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其結(jié)構(gòu)形態(tài)與熱傳輸性能之間長期缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

針對(duì)這一問題，研究團(tuán)隊(duì)將TPMS的復(fù)雜結(jié)構(gòu)解構(gòu)出比傳統(tǒng)單胞更小的基元，并在理論上認(rèn)為其是本征傳熱功能單元，將之稱為“熱學(xué)基因”。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)建立可預(yù)測(cè)的傳熱性能評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能的定量關(guān)聯(lián)，構(gòu)建面向熱學(xué)超材料的統(tǒng)一理論框架?；谠摽蚣?，研究人員對(duì)27種典型TPMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，識(shí)別出具有優(yōu)異換熱性能的Fischer–Koch結(jié)構(gòu)（一種典型TPMS構(gòu)型）。

為驗(yàn)證理論結(jié)果，團(tuán)隊(duì)利用3D打印制備出銅基TPMS換熱器。在液冷條件下，其綜合換熱性能相較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)最高提升156倍，突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在高傳熱與低流阻之間難以兼顧的瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析表明，若將該類結(jié)構(gòu)應(yīng)用于未來AI數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，有望帶來每年約30萬億度電的潛在節(jié)電空間，展現(xiàn)出在綠色計(jì)算與先進(jìn)制造領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。