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AI芯片散热新希望？科学家首次造出理论中的金属材料，导热率是铜的3倍_我的网站
A | AI 的发展正在不断推高全球对算力的需求，随着以英伟达（NVIDIA）为代表的高端 AI 加速器功耗快速攀升，数据中心的机架功率密度将被推至 300 千瓦级别。 巨大能耗之下，散热成为不容忽视的关键问题：芯片消耗的电能几乎全部以热的形式耗散出来。而在目前的芯片热传导路径中，铜是散热扩散层、热管、蒸汽腔和封装基板的主力材料，导热率约为 400 瓦每米每开尔文（W/m·K）。一个世纪以来，这就是金属导热的真实性能上限。 今年年初，加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）萨缪利工程学院的胡永杰教授团队在《科学》（Science）发文，他们造出一种曾经只存在于理论中的金属材料：θ 相氮化钽（θ-TaN）单晶。
B | 实验发现，该材料的室温导热率可达 1,100 W/m·K 左右，接近铜的三倍。
C | 北京8月24日电 题：访北京中关村AI原点社区：AI重塑创业方式 “一人公司”涌现 作者 牛琳 李在阳 杜思凝 李立卓 在北京市首批四个人工智能创新街区之一——位于北京海淀中关村腹地的AI原点社区，一种新的创业模式不断涌现：公司规模很小，甚至只有一两个人，却能够完成从产品研发到市场推广、售后服务的全链条工作。 （来源：Science） θ-TaN 的 70 年发现之旅 1950 年代，德国化学家布劳尔（Brauer）等人在高温高压条件下发现，TaN 存在一种 θ 相。 在AI原点社区，北京灵明智界科技有限公司创始人刘佳颖，一人负责AI潮玩产品的设计开发直至市场投放；北京星动时光科技有限公司创始人徐帅，则依靠两名核心员工和一批“AI员工”，为企业提供AI办公技能培训及智能体开发服务等。近年来，学界预测，θ-TaN 具备远超常规金属的本征导热率，潜在值接近金刚石和砷化硼。 他们选择的都是近来备受关注的全新创业模式——“一人公司”(One Person Company，简称OPC)。但此前有关 θ-TaN 的研究都停留在理论层面，高质量 θ-TaN 晶体始终未被造出，其导热性能也无从验证。随着人工智能技术的迭代升级，越来越多的创业者开始借助AI工具降低人力成本，凭借数智工具与外部协作网络，创业者“一人”即可独立完成从产品设计研发到市场投放的全链路商业闭环。 当AI成为“员工”，创业者专注决策 刘佳颖的公司没有传统意义上的产品团队。 障碍主要在合成端。
D | 稳定 θ 相需要在数千摄氏度环境下对材料施加数吉帕（GPa）压力，加之氮化钽体系中存在立方（δ-TaN）、六方（ε-TaN）、四方（t-TaN）等多种竞争晶相，过往合成的样品几乎都是含有晶界、缺陷与混相的多晶粉末。借助AI工具，刘佳颖一人几乎承担了从IP设计、技术攻关到供应链整合的全部工作。 这款正在开发中的AI潮玩被命名为“星芽”，它结合音乐和陪伴功能，希望通过智能硬件交互为用户提供情绪价值。 “每个环节几乎都需要AI辅助，比如市场调研、海报设计、程序代码撰写等，但决策部分需要人来做。
E | ”刘佳颖说，她会同时使用多个AI工具，对市场分析、产品设计等进行交叉验证，再根据结果做出最终判断。
F | 相比之下，徐帅的公司虽然只有两名员工，但其服务对象包括多家大型企业。 而且，此前的理论分析也指出，如果 θ-TaN 晶体存在缺陷或杂质，其导热率会远低于理论值水平。 为解决这一难题，胡永杰团队与日本东北大学（Tohoku University）多学科先进材料研究所的孝广（Takahiro Yamada）等人合作，采用了一种名为助熔剂辅助复分解反应的技术：以金属钠同时充当还原剂和助熔剂，绕开传统高压合成路线，在富氮环境下直接将氧化钽转化为氮化钽单晶。
G | 在他的公司里，AI承担了多个岗位角色：培训专家、产品经理、技术总监、数据分析师等。
H | 比如，开发产品时，AI产品经理并不只是简单执行指令，而是通过不断提问，引导创业者把需求描述清楚。 最终得到的 θ-TaN 单晶尺寸在 10 到 100 微米之间，表面光洁、单一晶相。 徐帅认为，AI的价值并不是完全替代人，而是帮助创业者减少大量基础性、重复性工作，把更多精力投入到宏观决策中。团队进一步通过拉曼光谱、单晶 X 射线衍射（S-XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、电子能量损失谱（EELS）等表征手段确认了样品的结构完整性，证实其特征与先前预测高度吻合。 OPC降低创业门槛，但不意味着孤军奋战 作为一名OPC创业者，刘佳颖说，这并不是因为创业者不需要合作，而是合作方式发生了变化。 在选择OPC创业之前，刘佳颖曾有过创业经历，并由此体会到，创业早期扩大团队往往带来较高的沟通成本。 成功造出单晶后，团队终于有了验证 θ-TaN 导热率的机会。测量结果显示，在室温条件下，θ-TaN 沿 a 轴方向（六方晶格底面内）的导热率约为 1105 W/m·K，沿 c 轴方向（垂直于底面）约为 928 W/m·K，反映出 θ-TaN 导热性能的各向异性。“有时你需要先把想法传达给中间人，再由他们向下传递，这个过程很容易出现信息偏差。”而通过OPC创业，她可以亲自对接和把控核心业务环节，保持信息传递的准确性与执行效率。 徐帅也认为，传统招聘模式成本较高，而AI能够承担部分专业岗位的工作。而跨整个晶体扫描的空间分布测量显示，同一方向上导热率在样品各处保持一致，这表明测得的高导热率来自晶格本征行为，不是偶然现象。 θ-TaN 的优越导热性能与其特殊的晶体结构密切相关。
I | 在微观层面，固体材料的导热由两类载体承担：一是自由电子的定向流动，二是晶格原子的集体振动。后者在量子力学框架下被定义为声子（phonon），类比电子传递电流，声子则在晶体里传递热量。 在铜、铝、银等常规金属中，热传导主要由自由电子承担，但电子与声子的相互作用反而会消耗上述两条通道的输运能力；再者，其内部活跃的声子-声子散射会进一步削弱导热。但 θ-TaN 的特殊之处在于，其声子-声子的相互作用极弱，电子也几乎不与声子交换能量，同时把两条散射通道都堵上了。但他同时强调，在客户对接、商务合作、线下培训等环节，AI还无法取代人类。 对于OPC创业者而言，减少内部员工数量，并不意味着减少外部连接。
J | 此外，钽元素的一个自然属性又提供了第三重加成。声子在晶格中传播时，如果遇到质量不一致的原子，也会发生散射，影响导热。但钽几乎是单一同位素元素，天然钽中 ¹⁸¹Ta 同位素的丰度高达 99.988%，原子质量差异导致的散射在 θ-TaN 上天然被削弱。
K | 这些特性让热量可在 θ-TaN 晶格中以罕见的低阻尼状态传输，接近“晶格对热运动透明”的理论极限。
L | 中关村科学城管委会产业促进一处工作人员指出，从产业服务视角来看，OPC创业简化了注册流程、降低了创业门槛，但创业者无需孤军奋战。 中关村科学城管委会产业促进一处工作人员表示，北京市海淀区依托AI原点社区、百年京张AI创新带等载体，打造产业链就近集聚、协同发展格局，配套初创补贴、算力补贴、模型券、人才公寓等扶持政策，联动高校、创投机构、专业服务商常态化开展供需对接、技术沙龙，同时开放公共算力、AI数字工具降低单人运营压力，政府、产业链、科创资源形成全方位支撑网络，为单人创业提供充足外部协作资源。
M | 7月29日，AI原点社区内的原点学堂活动展板。
N | 以金属之躯，达到金刚石级别的导热性能 需要注意的是，θ-TaN 只打破了金属材料维持一百多年的导热率纪录，还有导热性能更好的非金属材料，比如金刚石（俗称钻石）。 天然金刚石的导热率可达 1,500~2,200 W/m·K，超纯合成金刚石可达 3,000 W/m·K。 李在阳 摄 在AI原点社区，刘佳颖感受到的是产业生态带来的便利。目前，工业上已在探索用化学气相沉积（CVD）金刚石薄膜作为热扩散层，直接键合至逻辑计算芯片的背面，用于台积电 CoWoS 等 2.5D/3D 先进封装。 图 | 单晶 CVD 金刚石薄膜（来源：WikiPedia） 但金刚石有三个显著短板：生长速度慢、能耗高，制造成本居高不下；再者，金刚石是电绝缘体，加入电气路径时需要多一道工艺；最后，作为已知最硬的材料，对金刚石进行切割、抛光、打孔都极其困难，与硅工艺的兼容性偏弱。 面对这些劣势，θ-TaN 的金属属性，及其与现有芯片封装工艺天然亲和，让它有望成为比金刚石更优的选择。这里聚集着硬件、算法、数据、应用等AI全链条创业团队，需要寻找合作伙伴时，可以快速对接。 首先，氮化钽薄膜本身就是集成电路制造中常用的扩散阻挡层材料，目前的铜互连工艺广泛使用氮化钽作为衬垫。θ-TaN 如果能以薄膜形式沉积，就能无缝衔接现有产线，无需引入额外工艺。 此外，它既能充当芯片背面的热扩散层，也可以作为热界面材料（TIM）的高导热填料，甚至有可能在高功率射频器件和电力电子模块中，成为兼具导电与导热功能的一体化互连层，光这一点，就是绝缘的金刚石做不到的。 不过，团队也指出，受限于产能和制备难度，θ-TaN 短期内不太可能替代铜、铝等块状散热器材料，更现实的应用形态是被置于芯片和散热器之间，充当高导热中间层，功能类似上文提到的 CVD 金刚石薄膜。“上下游很好找，大家都在做AI相关业务，多交流能带来很多启发。
o | 而且，TaN 的 θ 相在常温常压下是亚稳相，未来要进入产业，还需评估其长期热稳定性。”刘佳颖说。
p | 徐帅也提到，除办公空间外，园区还能提供工商注册、财务服务、路演活动等支持，帮助创业者对接投资人和同行。 造出 θ-TaN 之后，这项研究更重要的意义或许在于，团队进一步释放了金属材料的导热潜力。 “一人公司”是起点，而非终点 尽管AI让创业者能够以更低成本、更小规模启动公司，但刘佳颖和徐帅均表示，OPC并不是企业发展的最终状态。论文显示，除了 θ-TaN 之外，氮化钨、磷化钼等过渡金属化合物的电子-声子耦合也偏低。这为行业和学界提了个醒，或许可以对这些物质进行系统性地合成和测量，筛出更多具备高导热性质的金属材料。 刘佳颖指出，“一人公司”更多是创业早期阶段的一种形态。 参考内容： https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.aeb1142 运营/排版：何晨龙 注：封面/首图由 AI 辅助生成。“如果以后找到合适的合作伙伴，大家一起加入，公司自然就不是OPC了。” 徐帅也在寻找更适合业务发展的合作伙伴。他认为，即使拥有大量AI工具协助，企业发展到一定阶段仍然需要更多人的参与，“很多事情必须要人去做”。 中关村科学城管委会产业促进一处工作人员表示，在AI原点社区，“一人公司”持续涌现，正在成为新的创业样板。过去，创业者需要组建团队，以完成大量执行和管理协调工作；如今，借助AI工具，创业者更加聚焦于方向判断和资源整合。未来，公司的规模或许不再单纯以员工数量衡量，而取决于创业者能够调动多少智能资源、连接多少外部力量。
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Published on:10:03:36