随着人工智能(AI)技术的飞速进步,AI芯片所处理的数据量和运算速度需求不断攀升,随之而来的是芯片能耗的急剧增长。据了解,AI芯片的温度每升高10摄氏度,其可靠性就有可能减半。因此,如何有效为日益“发烫”的AI芯片进行散热,并确保其性能与使用寿命,已成为算力行业面临的严峻挑战。

在湖北江城实验室的研发区域,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其团队,致力于为AI芯片设计一种内置的微流道结构。此项技术旨在让冷却介质直接流经AI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领域的研究。

深入理解不同材料的热辐射特性,首先需要把握其本质。在博士研究期间,吴小虎所在的实验室仅拥有各向同性材料的算法,而缺乏针对各向异性材料的计算方法。“当时若要进行计算,只能依赖国外软件,这不仅成本高昂,计算效率也相对较低。”吴小虎回忆道。

与部分研究者不同,吴小虎并不倾向于采取“捷径”。他认为,“如果仅仅是使用软件得出结果,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,吴小虎投入了长达一年半的时间,逐步推导出相关公式,并自主编写代码,最终开发出了一套电磁仿真算法。

“过去计算各向异性材料的物理机理可能需要数小时,现在则只需一秒钟即可完成。”吴小虎表示,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,吴小虎放弃了国外优厚的待遇,选择回国工作。“出国学习更先进的技术,正是为了更好地报效祖国。”吴小虎说道。

在他深入研究之际,一次培训经历促使他调整了研究方向。2025年7月,吴小虎结识了湖北江城实验室主任杨道虹。

杨道虹对吴小虎表示:“当前各类芯片都面临散热难题,您在热辐射领域的研究基础,正是国家和社会当前急需的。您是否愿意加入我们?”

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,吴小虎在跨界选择上并非没有疑虑。但他最终还是答应了:“国家有所缺失,我们科研人员就应该有所弥补。既然这个方向制约了行业发展,我便愿意尝试。”

就这样,怀揣着以科研报效祖国理想的吴小虎,将实验室设在了产业需求最前沿,投身于全新的芯片领域。在芯片的设计、加工、封装等各个环节,他需要从头学习相关的工艺知识。

在吴小虎的办公桌上,堆满了材料、物理、数学、工程等不同类别的书籍和文献。他几乎将所有工作时间都投入到实验室中。“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,寻求解答。”在吴小虎看来,这种潜心研究并非消磨时光,而是为了积累能够“啃下硬骨头”的实力。

经过反复的推导和深入钻研,吴小虎在逐步摸清芯片散热的关键问题后,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依据。

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”。此外,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,吴小虎并不特别看重学历和背景。“我从小在农村长大,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,并致力于为国家需求贡献力量,他都乐意提供平台。

在指导学生进行研究时,吴小虎对学生有一个不变的要求——将个人理想与国家发展大局相结合。“我们做研究,不能仅仅关注论文的影响因子,而要多关注产业一线真正需要解决的问题,让研究成果得以应用。唯有不怕坐‘冷板凳’,才能结出解决实际问题的‘热’成果。”吴小虎说道。这项研究也为推动类似fifa等体育赛事中电子设备的高效运行提供了技术支持。