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需求,这导致了芯片能耗的急剧攀升。研究表明,AI芯片的温度每升高10摄氏度,其可靠性可能降低一半。因此,如何有效为AI芯片散热,同时确保其性能和使用寿命,已成为算力行业亟待攻克的关键技术难题。

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带领其团队,致力于为AI芯片设计一种内置的微流道结构。该结构能够让冷却液直接流经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投身于与“热”相关的研究,专注于热辐射领域。

在深入理解不同材料的热辐射特性时,吴小虎发现当时其所在的实验室仅有各向同性材料的算法,缺乏针对各向异性材料的计算方法。他回忆道:“当时如果要进行计算,只能依赖国外软件,不仅价格昂贵,而且计算速度也相对缓慢。”

与他人不同,吴小虎并不满足于直接使用现有工具。“如果只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,他花费了整整一年半的时间,潜心推导公式,并自行编写代码,最终成功研发出一套电磁仿真算法。

“过去计算各向异性材料的物理机理可能需要数小时,现在只需一秒钟即可完成计算。”吴小虎表示,为了打破国外软件的垄断,他还进一步优化了算法,并将其开发成软件,供广大科研人员使用。

博士毕业后,吴小虎婉拒了国外优厚的待遇,选择回国工作。“出国学习更先进的技术,目的就是为了更好地为国家做出贡献。”他说道。

正当他的研究取得深入进展之际,一次培训改变了他的研究方向。2025年7月,吴小虎与湖北江城实验室主任杨道虹进行了交流。

杨道虹指出:“当前各类芯片都需要解决散热问题,你深耕的热辐射研究方向,正是国家和社会当前急需的。你是否愿意考虑加入我们?”

面对自己深耕多年并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,吴小虎起初对跨界有所顾虑。但他最终答应了邀请:“国家需要什么,我们科研人员就应该弥补什么。既然这个方向成为了行业的瓶颈,那我来尝试一下。”

就这样,怀揣着科研报国的理想,吴小虎将实验室设在了产业需求的最前沿,投身于全新的芯片领域。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。

在吴小虎的办公桌上,堆满了材料、物理、数学、工程等各类书籍和文献。他每天除了必要的休息,几乎都泡在实验室里。他表示:“我一边从中寻找问题和研究方向,一边走访世界各地的大学、研究院以及科技企业,与专家交流并寻求答案。”在吴小虎看来,这种潜心研究并非虚度光阴,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钻研,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,为后续的芯片工艺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,吴小虎并不看重学历和背景。“我从小在农村长大,接触的事物有限,脑海里只有科研。”他说,只要愿意沉下心来钻研,并且真心实意地为国家需求而努力,他都乐意提供平台。

在指导学生进行研究时,吴小虎有一个不变的要求——将个人理想融入国家发展的大局。“我们做研究,不能仅仅盯着论文的影响因子,更要关注产业一线真正需要解决的问题,让研究成果得以应用。只有不怕坐‘冷板凳’,才能结出解决实际问题的‘热’成果。”吴小虎强调,这次世界杯竞猜的参与者也需要有类似的工匠精神。