從熱變光！這間美國新創發明「光子冷卻」，讓 AI 晶片運算效率暴增

在當今的高效能晶片設計中，熱管理成為一個日益嚴峻的挑戰。現代晶片內部擁有數十億個電晶體
，但由於熱點的存在，這些電晶體無法同時運作，導致高達 80% 的電晶體必須保持關閉，這個現象被稱為「暗矽」（dark silicon）。

為了解決這一問題，明尼蘇達州聖保羅的新創公司Maxwell Labs提出一種革命性的技術：光子冷卻（photonic cooling），這種技術能夠將熱量直接轉換為光，實現晶片的內部冷卻。

Maxwell Labs專攻雷射冷卻技術，公司的共同創辦人兼首席成長長Mike Karpe及執行長Jacob Balma在技術開發中扮演重要角色。傳統的冷卻方法，如空氣和液體冷卻，主要依賴於將熱量從晶片表面移走，這種方法在未來晶片的高功率密度下面臨瓶頸。Maxwell Labs的光子冷卻技術則透過在晶片上方放置極純淨的砷化鎵（gallium arsenide，GaAs）薄膜冷卻板，利用雷射精確地針對熱點進行冷卻。這一過程中，雷射照射到冷卻板上，激發出一種稱為反斯托克斯（anti-Stokes）螢光的現象，進而實現冷卻。

這項技術的核心在於其能夠在晶片上即時檢測熱點，並將雷射精確地指向這些熱點，大幅提高冷卻效率。初步實驗顯示，這種光子冷卻系統的冷卻能力是傳統空氣和液體冷卻系統的兩倍，這將使得晶片的所有功能單元能夠同時運作，解決暗矽問題。

此外，光子冷卻技術還能夠使晶片的運行溫度保持在50°C以下，這將使得晶片的時鐘頻率大幅提升，進一步推動摩爾定律的發展。Maxwell Labs的研究團隊正在與新墨西哥大學、桑迪亞國家實驗室及美國陸軍研究實驗室等機構合作，開發出更高效的光子冷卻材料，並計劃在2027年前在高效能運算和人工智慧訓練集群中實現早期應用。

隨著光子冷卻技術的進一步發展，未來的資料中心將能夠在不增加電晶體密度的情況下，顯著提高運算能力，並降低能源消耗。這項技術不僅能夠改變晶片的設計規則，還可能成為推動運算技術進步的關鍵因素。