Ny køleteknologi tackler AI’s stigende energibehov

En ny køleteknologi er blevet udviklet af ingeniører ved University of California, San Diego, som kan drastisk forbedre energieffektiviteten i datacentre, som er afgørende for AI-udvikling og -implementering.

Datacentre er faciliteter, der huser den infrastruktur, der kræves for at træne og implementere AI-modeller. Dette inkluderer avanceret beregning, netværk og lagringsarkitekturer samt energi- og kølekapaciteter til at håndtere de massive databehandlingskrav fra AI-arbejdsbelastninger.

Selvom traditionelle datacentre har mange af de samme komponenter som et AI-datacenter, herunder servere, lagersystemer og netværksudstyr, varierer deres beregningskraft kraftigt. Dette skyldes de ekstraordinære krav fra højintensiv AI-arbejdsbelastning, som kræver højtydende grafikprocessorer (GPU’er).

Det er ikke kun det meget store antal GPU’er, der er nødvendige for AI-anvendelser, som kræver langt mere plads, men de kræver også avanceret energi- og kølekapacitet.

Faktisk har den eksplosive brug af AI og dens fortsatte ekspansion fået efterspørgslen efter databehandling til at skyde i vejret.

Datacentre forventes faktisk at blive blandt de største energiforbrugere globalt. Skøn antyder, at energiforbruget i datacentre kan vokse med op til 160 % til over 1.000 terawatt-timer (TWh), hvilket udgør 3 % til 4 % af verdens samlede elforbrug inden 2030.

Denne stigning skyldes de stigende beregningskrav fra avancerede AI-applikationer, hvilket fører til betydelig varmeudvikling, der kræver effektive køleløsninger.

Faktisk går 40 % af et datacenters samlede energiforbrug kun til at køle den højtydende computerhardware, specifikt GPU’er og acceleratorer.

Disse komponenter genererer langt mere varme end traditionelle CPU’er, især under AI-træning og behandling af store sprogmodeller. Derudover er der den øgede tæthed af beregningskraft i moderne AI-servere, hvilket også fører til højere varmekoncentration og kræver mere effektive køleløsninger.

“Køleomkostninger er en betydelig overheadomkostning, som operatører må håndtere,” sagde Rithika Thomas, senioranalytiker for bæredygtige teknologier hos ABI Research, hvis rapport ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ opfordrer operatører til at adoptere effektive strategier for at opretholde ydeevne, stabilitet og udstyrets levetid.

Hvis denne tendens fortsætter, kan det globale energiforbrug til køling mere end fordobles inden udgangen af dette årti, hvilket gør det afgørende at finde en løsning på dette problem.

“Effektive kølestrategier kræver en holistisk, teknologiuafhængig tilgang for at optimere Power Usage Effectiveness (PUE), Water Usage Effectiveness (WUE) og termisk styring samt reducere driftsomkostningerne.”

– Thomas

AI’s umættelige varmebehov kræver smartere køleløsninger

Problemet er, at traditionelle luftbaserede kølemetoder bliver stadig mere utilstrækkelige til at håndtere varmebelastningen fra moderne servere. Disse metoder forbruger allerede op til 45 % af et datacenters samlede energi.

Når det gælder den maksimale varmestrøm fra avancerede CPU- og GPU-chips, er den i øjeblikket langt over 50 W/cm². Varmestrøm eller termisk strøm er simpelthen hastigheden, hvormed energi overføres fra et sted til et andet i form af varme.

For eksempel har NVIDIA’s Hopper, en AI-favorit og en GPU-mikroarkitektur specifikt designet til datacentre for at accelerere AI- og højtydende computerarbejdsbelastninger (HPC), en termisk designeffekt (TDP) på 700 W på en chip på 814 mm² (86 W/cm² varmestrøm) til AI-applikationer.

Hopper er NVIDIAs efterfølger til Ampere-arkitekturen og er bygget med over 80 milliarder transistorer ved hjælp af TSMC 4N-processen.

Derudover er der miniaturiseringen af transistorerne, som kan føre til omkring ti gange højere transistordensitet i 1 nm-noden inden 2030. Dette kan medføre over 200 W/cm² varmestrøm, et niveau som ikke kan fjernes effektivt og omkostningseffektivt med luftkøling. Derfor skabes der et behov for væskekøling.

Væskekølingsteknologier er ikke nye. Branchen har allerede adopteret dem til deres næste generations systemer for at forbedre termisk styring og energieffektivitet.

Denne kølemetode overfører faktisk varmen væk fra servere mere effektivt end luftbaserede systemer, hvilket igen reducerer køleomkostninger og energispild.

Avancerede væskekølingsteknikker inkluderer mikrokanal-koldplader og nedsænkning med dielektriske væsker. Traditionelle køleteknikker, såsom enkeltfase- eller kogende varmetransport, er dog typisk begrænset til varmestrømme i området omkring 100 W/cm².

Så hvad vi har brug for, er højtydende varmeafledningsstrategier. De skal være passive, især da de ikke kræver ekstra strøm. Selvom de er ønskelige, forbliver disse strategier svære at opnå.

Derudover er køling vigtig ikke kun for CPU- og GPU-enheder, der bruges til beregning og AI, men også for strøm‑elektronik, herunder lysdioder (LED‑chips), høj‑effekt radiofrekvens (RF), gallium‑nitrid (GaN) høj‑elektronmobilitetstransistorer (HEMT’er) og pumpelaserer.

Mange af disse elektronik har en effektafledning på over 100 W/cm². Her tilbyder fordampningsvarmetransport en lovende teknologi til køling af høj‑effekt elektronik, med flere betydelige fordele i forhold til traditionelle kølemetoder.

Sammenlignet med enkeltfase‑kølesystemer tillader den store latente varme ved væske‑damp‑faseovergangen effektiv varmefjernelse, samtidig med at den giver bedre stabilitet og ingen hysterese (systemets tilstandsafhængighed af historien). Derudover er pumpeeffektkravene reduceret ved brug af passiv kapillær‑drevet flow.

Fordampningsbaserede systemer giver faktisk en effektiv og mere kontrolleret varmetransportmekanisme, især for høj‑effekt applikationer, i modsætning til kogning.

I lyset af at energieffektiv termisk styring er afgørende for datacentre, præsenterer kapillær‑drevet tyndfilm‑fordampning i membraner med ekstremt små porer en lovende tilgang til at aflede høje varmestrømme.

Klik her for at lære, hvordan AI kan hjælpe med at holde styr på den stigende energiefterspørgsel i AI-datacentre.

Ny køleteknologi for at dæmme den stigende energiefterspørgsel

Støttet af National Science Foundation tilbyder denne nye teknik et lovende alternativ til traditionelle kølesystemer, såsom blæsere, væskepumper og kølelegemer, som detaljeret¹ i tidsskriftet Joule. Den kan også reducere vandforbruget i mange nuværende kølesystemer.

Den nye teknologi har en specielt designet fibermembran, der passivt fjerner varme via fordampning. Den lavfiltrerende membran, der anvendes her, indeholder et netværk af små, sammenkoblede porer, der bruger kapillærkraft til at trække kølevæske over overfladen.

Når væsken fordamper, fjernes varmen effektivt fra den underliggende elektronik uden at kræve ekstra energi. Membranen placeres oven på mikrokanaler over elektronikken, hvor den trækker væske, der løber gennem kanalerne, og effektivt afleder varmen.

“Sammenlignet med traditionel luft‑ eller væskekøling kan fordampning aflede højere varmestrømme, mens den bruger mindre energi.”

Fordampning til køling er ikke nyt, da mange anvendelser såsom fordampere i klimaanlæg og varmerør i bærbare computere allerede bruger det. Men at anvende metoden på høj‑effekt elektronik har været en udfordring.

Forsøg på at bruge porøse membraner har været uden succes. Porøse membraner har store overfladearealer, der er ideelle til fordampning, men tidligere forsøg havde enten for små porer, der ville tilstoppe, eller for store, som udløste uønsket kogning, hvilket førte til fejl.

“Her bruger vi porøse fibermembraner med sammenkoblede porer i den rette størrelse,” sagde Chen. På denne måde kunne ingeniørerne opnå effektiv fordampning uden disse ulemper.

Ved test af teknologien over forskellige varmestrømme fandt forskerne, at deres membran fungerede og opnåede rekordbrydende ydeevne.

Membranen håndterede varmestrømme, der oversteg 800 watt per kvadratcentimeter (W/cm²). Dette er et af de højeste niveauer, der er registreret for denne type kølesystem. Ikke kun det, men den viste også stabilitet over flere timers drift, hvilket fremhæver en skalerbar og energieffektiv tilgang til næste generations elektronisk køling.

“Denne succes viser potentialet i at genforestille materialer til helt nye anvendelser.”

– Chen

Han forklarede, at fiberkomponenterne oprindeligt var designet til filtrering. “Ingen havde tidligere udforsket deres brug i fordampning,” tilføjede han. Holdet genkendte dog de særlige strukturelle egenskaber, som var sammenkoblede porer i den rette størrelse, der gjorde dem perfekte til effektiv fordampningskøling. Chen udtalte:

“Det, der overraskede os, var at med den rette mekaniske forstærkning, kunne de ikke kun modstå den høje varmestrøm, men de præsterede også ekstremt godt under den.”

Udover deres termiske ydeevne er fibermembranerne omkostningseffektive, skalerbare til fremstilling og udviser både mekanisk fleksibilitet og styrke, hvilket fremhæver deres potentiale for tyndfilm‑fordampning og indikerer deres anvendelighed i høj‑flux elektronisk kølingssystemer, og dermed tilbyder en robust løsning til næste generations termisk styring.

Resultaterne er bestemt lovende, men teknologien opererer stadig betydeligt under sit teoretiske loft. Holdet arbejder nu på at forfine membranen og optimere dens ydeevne.

I den næste fase vil holdet integrere deres teknologi i prototyper af koldplader, de flade komponenter, der fastgøres til GPU’er og CPU’er for at aflede varme. Med hensyn til kommercialisering af teknologien vil holdet lancere en startup for at bringe den på markedet. Regents of the University of California har også indgivet et patent relateret til dette arbejde.

Klik her for at lære om den nye chip, der vil halvere LLM’s strømforbrug.

Næste generations køleinnovationer

Givet den brede anvendelse af AI, som forventes at bidrage med billioner af dollars til verdensøkonomien, er der nu et stigende fokus på at reducere dens energiforbrug gennem forskellige metoder.

I maj 2025 udgav teknologigiganten Microsoft (MSFT ) en rapport der kvantificerer energi- og vandforbruget samt drivhusgasemissionerne (GHG) produceret af datacenterkøleteknikker gennem deres samlede livscyklus.

Denne livscyklusvurdering vurderer ikke kun de ressourcer, der forbruges under datacenterdrift, men dykker også dybt ned i de ressourcer, der kræves for at producere alle de virtuelle maskiner, servere, chips, køling og andet udstyr. Disse data kan ifølge Microsoft hjælpe virksomheder med at designe datacentre, der bruger mindre vand, energi og CO₂.

“Vi går i dette papir ind for brugen af livscyklusvurderingsværktøjer til at guide ingeniørbeslutninger tidligt og deler også værktøjet med branchen for at gøre adoption lettere.”

Om formålet med undersøgelsen sagde Alissa:

“Det, vi forsøger at gøre her, er at fortælle branchen: ‘Her er, hvordan du bygger en ende‑til‑ende livscyklusvurdering, der tager køling i betragtning. Og her er et værktøj, som du kan tilpasse til dine specifikke behov og derefter træffe en beslutning.’”

Deres undersøgelse tog faktisk to år, hvor de evaluerede fire køleteknologier, nemlig koldplader, luftkøling, enkelt‑fase nedsænkning og to‑fase nedsænkning for servere.

Holdet forventer, at de væskebaserede tilgange vil præstere bedre end luftkøling, som er branchens standard, med hensyn til CO₂‑emissioner samt energi‑ og vandforbrug.

Mens Microsoft har installeret koldplader i sine datacentre, udforsker de også andre køleteknikker, såsom rack‑skala koldplade‑køling, der anvender varmevekslere. Teknologigiganten udvikler også en ny teknologi, som de siger kan reducere vandforbruget med 30 % til 50 % og sænke energiefterspørgslen og GHG‑emissionerne med omkring 15 % gennem hele datacentrenes levetid.

Senest har MIT Lincoln Laboratory også udviklet en speciel chip til at vurdere kølingsmuligheder for pakkede chip‑stakke. Denne unikke chip afleder meget høj effekt for at producere varme via siliciumlaget og i specifikke hotspots. Derefter anvendes køleteknologier på stakken, hvorefter chippen måler temperaturændringer.

Når den placeres i en stak, vil den give forskere mulighed for at undersøge, hvordan varmen bevæger sig gennem staklagene, og derefter måle udviklingen for at holde dem kølige.

“Hvis du kun har en enkelt chip, kan du køle den fra oven eller nedenunder. Men hvis du begynder at stable flere chips oven på hinanden, har varmen ingen vej ud. Der findes i dag ingen kølemetoder, der gør det muligt for industrien at stable flere af disse virkelig højtydende chips.”

– Studielederen, Chenson Chen fra laboratoriets Advanced Materials and Microsystems Group

Investering i AI-sektoren

En global leder inden for AI‑fokuserede GPU’er, Nvidia (NVDA ) er en fuld‑stack computerinfrastrukturvirksomhed, der opererer gennem Compute & Networking og Graphics segmenterne.

Nvidia har indgået partnerskaber med nøglespillere inden for halvledere, serverproduktion, datalagring og virksomhedsoftware for at accelerere udrulningen af AI‑applikationer. Chipproducenten er også stærkt involveret i at finansiere startups, især AI‑virksomheder som OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI og andre for at hjælpe med at fremme sektoren.

NVIDIA Corporation (NVDA )

Når det gælder NVIDIAs markedspræstation, er den en af de bedst præsterende aktier og har registreret en svimlende stigning på 1.350 % i de sidste fem år. På tidspunktet for skrivning handles aktierne i verdens næststørste virksomhed målt på markedsværdi på 3,5 billioner dollars til over 145 $, en stigning på 8,33 % år‑til‑dato og kun 3 % under sit topniveau på næsten 150 $, som blev nået i november 2024.

Den har en EPS (TTM) på 3,10, en P/E (TTM) på 46,86 og en ROE (TTM) på 115,46 % samt en udbytteafkast på 0,03 %.

I maj 2025 rapporterede Nvidia finansielle resultater for første kvartal af regnskabsåret 2026, hvor omsætningen var 44,1 milliarder dollars.

Inden for datacenterområdet var virksomhedens omsætning 39,1 milliarder dollars. For denne sektor annoncerede Nvidia opførelse af fabrikker i USA, introducerede Blackwell Ultra og Dynamo til skalering af AI‑reasoning‑modeller og planlægger at fremskynde overgangen af IT‑infrastrukturen til enterprise AI‑fabrikker med RTX PRO™‑servere. Blandt flere andre initiativer blev også NVIDIA AI Data Platform introduceret som et tilpasseligt reference‑design til AI‑inference‑arbejdsbelastninger.

En anden stor udvikling involverer brugen af 100.000 Nvidia‑chips til at bygge et nyt AI‑datacenter i De Forenede Arabiske Emirater, som vil gå i drift næste år.

I en anden spændende nyhed er Nvidia angiveligt i færd med at samarbejde med Taiwans Foxconn om at implementere humanoide robotter på en ny Foxconn‑fabrik, der vil producere Nvidia AI‑servere. Forventet at blive afsluttet i de kommende måneder, vil implementeringen markere en milepæl i adoptionen af menneskelignende robotter til at transformere fremstillingsprocesser.

Seneste NVIDIA Corporation (NVDA) aktienyheder og udviklinger

Afsluttende tanker om AI‑køleinnovation

Efterhånden som AI fortsætter med at omforme industrier, driver dens massive beregningsbehov et hidtil uset energiforbrug og varmeudvikling. Her repræsenterer den lovende forskning i kapillær‑drevet tyndfilm‑fordampning et vigtigt skridt mod at bygge mere energieffektiv, bæredygtig og skalerbar AI‑infrastruktur for fremtiden.

Med sin høje teoretiske kritiske varmestrøm (CHF) tilbyder kapillær‑drevet tyndfilm‑fordampning i nanoporøse membraner en lovende termisk styringsstrategi for høj‑effekt elektroniske enheder. Den seneste undersøgelse fandt, at fibermembraner med åbne, sammenkoblede porer fungerer som effektive fordampere, hvilket muliggør hurtig og ensartet væsketransport gennem flere veje, samtidig med at tilstopning reduceres og jævn fugtning over overfladen sikres.

Ved at demonstrere langsigtet stabilitet tilbyder 3D-fibermembran‑fordampere en yderst lovende løsning til avanceret termisk styring, som leverer effektive køleløsninger til at imødekomme kravene fra moderne elektroniske systemer.

Klik her for at lære alt om investering i kunstig intelligens.

Studier refereret:

1. Feng, T.; Pei, Y.; Zhang, H.; Asai, B.; Dong, G.; Joshi, A.; Saha, A.; Cai, S.; Chen, R. Høj‑flux og stabil tyndfilm‑fordampning fra fibermembraner med sammenkoblede porer. Joule 2025, 9 (6), 101975. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975