Inteligencia artificial
Nueva tecnología de refrigeración aborda la creciente demanda de energía de la IA
Una nueva tecnología de refrigeración ha sido desarrollada por ingenieros de la Universidad de California, San Diego, que puede mejorar drásticamente la eficiencia energética de los centros de datos, los cuales son cruciales para el desarrollo y despliegue de la IA.
Los centros de datos son instalaciones que albergan la infraestructura necesaria para entrenar y desplegar modelos de IA. Esto incluye arquitecturas avanzadas de cómputo, red y almacenamiento, así como capacidades de energía y refrigeración para manejar la enorme demanda de procesamiento de datos de las cargas de trabajo de IA.
Aunque los centros de datos tradicionales comparten muchos de los mismos componentes que un centro de datos de IA, incluidos servidores, sistemas de almacenamiento y equipos de red, su potencia de cómputo varía considerablemente. Esto se debe a las exigencias extraordinarias de cargas de trabajo de IA de alta intensidad, que requieren unidades de procesamiento gráfico (GPU) de alto rendimiento.
No solo la gran cantidad de GPU necesarias para los casos de uso de IA requiere mucho más espacio, sino que también exigen capacidades avanzadas de energía y refrigeración.
De hecho, el uso explosivo de la IA y su expansión continua han hecho que la demanda de procesamiento de datos se dispare.
Se proyecta que los centros de datos serán, de hecho, uno de los mayores consumidores de energía a nivel mundial. Las estimaciones sugieren que el consumo energético de los centros de datos podría crecer hasta un 160 % llegando a más de 1 000 teravatios‑hora (TWh), representando entre el 3 % y el 4 % del consumo eléctrico mundial para 2030.
Este aumento está impulsado por los crecientes requisitos computacionales de las aplicaciones avanzadas de IA, lo que genera una generación significativa de calor que requiere soluciones de refrigeración eficaces.
De hecho, el 40 % del consumo total de energía de un centro de datos se destina únicamente a refrigerar el hardware de cómputo de alto rendimiento, específicamente GPU y aceleradores.
Estos componentes generan mucho más calor que los CPU tradicionales, especialmente durante el entrenamiento de IA y el procesamiento de grandes modelos de lenguaje. Además, la mayor densidad de potencia de cómputo en los servidores de IA modernos también conduce a una mayor concentración de calor, lo que requiere soluciones de refrigeración más eficientes.
“Los costos de refrigeración son un gasto operativo significativo que los operadores deben afrontar,” dijo Rithika Thomas, analista senior de tecnologías sostenibles en ABI Research, cuyo informe ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ insta a los operadores a adoptar estrategias efectivas para mantener el rendimiento, la estabilidad y la vida útil del equipo.
Si esta tendencia continúa, el consumo global de energía para refrigeración podría más que duplicarse para finales de esta década, lo que hace crucial encontrar una solución a este problema.
“Las estrategias de refrigeración efectivas requieren un enfoque holístico y agnóstico a la tecnología para optimizar la Eficiencia del Uso de Energía (PUE), la Eficiencia del Uso del Agua (WUE) y la gestión térmica, y reducir los costos operativos.”
– Thomas
El insaciable calor de la IA necesita soluciones de refrigeración más inteligentes
El problema es que los métodos tradicionales de refrigeración basados en aire están resultando cada vez más inadecuados para gestionar las cargas de calor de los servidores modernos. Estos métodos ya consumen hasta el 45 % de la energía total de un centro de datos.
En cuanto al flujo de calor máximo de los chips avanzados de CPU y GPU, actualmente supera ampliamente los 50 W/cm². El flujo de calor o flujo térmico es simplemente la tasa de energía transferida de un lugar a otro en forma de calor.
Por ejemplo, Hopper de NVIDIA, una estrella de la IA y una microarquitectura de GPU diseñada específicamente para centros de datos para acelerar cargas de trabajo de IA y computación de alto rendimiento (HPC), tiene una potencia de diseño térmico (TDP) de 700 W en un chip de 814 mm² (flujo de calor de 86 W/cm²) para aplicaciones de IA.
Hopper es el sucesor de la arquitectura Ampere de NVIDIA y está construido con más de 80 mil millones de transistores usando el proceso TSMC 4N.
Luego está la miniaturización de los transistores, que puede llevar a una densidad de transistores aproximadamente diez veces mayor en el nodo de 1 nm para 2030. Esto puede implicar un flujo de calor superior a 200 W cm⁻², un nivel que no puede eliminarse de manera eficiente y rentable con refrigeración por aire. Por lo tanto, surge la necesidad de refrigeración líquida.
Las tecnologías de refrigeración líquida no son nada nuevas. La industria ya las ha adoptado para sus sistemas de próxima generación para mejorar la gestión térmica y la eficiencia energética.
Este método de refrigeración realmente transfiere el calor lejos de los servidores de manera más eficaz que los sistemas basados en aire, lo que a su vez reduce los costos de refrigeración y el desperdicio de energía.
Las técnicas avanzadas de refrigeración líquida incluyen placas frías de microcanal y refrigeración por inmersión con fluidos dieléctricos. Sin embargo, las técnicas de refrigeración tradicionales, como la transferencia de calor de fase única o por ebullición, suelen estar limitadas a flujos de calor en el rango de 100 W/cm².
Por lo tanto, lo que necesitamos son estrategias de disipación de calor de alto rendimiento. Deben ser pasivas, especialmente porque eso no requeriría energía adicional. Aunque son deseables, estas estrategias siguen siendo elusivas.
Luego está el hecho de que la refrigeración es importante no solo para los dispositivos CPU y GPU que se usan para computación e IA, sino también para la electrónica de potencia, incluidos los chips de diodos emisores de luz (LED), radiofrecuencia (RF) de alta potencia, transistores de alta movilidad de electrones de nitruro de galio (GaN) (HEMT), y láseres de bombeo.
Muchos de estos dispositivos electrónicos tienen una disipación de potencia superior a 100 W/cm².Aquí, la transferencia de calor por evaporación ofrece una tecnología prometedora para refrigerar electrónica de alta potencia, con varias ventajas significativas sobre los métodos de refrigeración tradicionales.
En comparación con los sistemas de refrigeración de fase única, el gran calor latente del cambio de fase líquido‑vapor permite una eliminación de calor eficiente mientras ofrece mayor estabilidad y sin histéresis (la dependencia del estado del sistema respecto a su historia). Además, se reducen los requerimientos de potencia de bombeo al utilizar un flujo capilar pasivo.
Los sistemas basados en evaporación realmente proporcionan un mecanismo de transferencia de calor eficiente y más controlado, especialmente para aplicaciones de alta potencia, a diferencia de la ebullición.
Ante la necesidad de una gestión térmica energéticamente eficiente, crucial para los centros de datos, la evaporación de película delgada impulsada por capilaridad en membranas con poros extremadamente pequeños presenta un enfoque prometedor para disipar flujos de calor elevados.
Nueva tecnología de refrigeración para frenar la creciente demanda de energía
Con la necesidad de estrategias de refrigeración avanzadas críticas para frenar la tendencia de consumo energético rápidamente creciente en la refrigeración de centros de datos, reducir los costos operativos y apoyar los objetivos de reducción de carbono, los ingenieros han desarrollado una nueva tecnología de refrigeración evaporativa para centros de datos y electrónica de alta potencia.
Financiado por la National Science Foundation, esta nueva técnica ofrece una alternativa prometedora a los sistemas de refrigeración tradicionales, como ventiladores, bombas líquidas y disipadores, como se detalla en la revista Joule. También podría reducir el consumo de agua de muchos sistemas de refrigeración actuales.detailed1
La nueva tecnología cuenta con una membrana de fibra especialmente diseñada que elimina pasivamente el calor mediante evaporación. La membrana de bajo filtrado utilizada aquí implica una red de diminutos poros interconectados que utilizan la acción capilar para atraer el líquido refrigerante a través de su superficie.
A medida que el líquido se evapora, el calor se elimina eficientemente de la electrónica subyacente sin requerir energía adicional. La membrana se coloca sobre microcanales encima de la electrónica, atrayendo el líquido que fluye a través de los canales y disipando el calor de manera eficiente.
“En comparación con la refrigeración tradicional por aire o líquida, la evaporación puede disipar flujos de calor más altos mientras usa menos energía.”
La evaporación para refrigeración no es nada nuevo, ya que muchas aplicaciones como los evaporadores en acondicionadores de aire y los tubos de calor en portátiles la utilizan actualmente. Pero aplicar el método a la electrónica de alta potencia ha sido un desafío.
Los intentos de usar membranas porosas no han tenido éxito. Las membranas porosas tienen áreas superficiales altas que son ideales para la evaporación, pero los esfuerzos anteriores tenían poros demasiado pequeños que se obstruían, o demasiado grandes que provocaban ebullición no deseada, lo que llevaba al fracaso.
“Aquí, usamos membranas de fibra porosa con poros interconectados del tamaño adecuado,” dijo Chen. De esta manera, los ingenieros pudieron lograr una evaporación eficiente sin esas desventajas.
Al probar la tecnología en varios flujos de calor, los investigadores descubrieron que su membrana funcionaba y alcanzaba un rendimiento récord.
La membrana manejó flujos de calor superiores a 800 vatios por centímetro cuadrado (W/cm²). Este es uno de los niveles más altos registrados para este tipo de sistema de refrigeración. Además, demostró ser estable durante varias horas de operación, resaltando un enfoque escalable y energéticamente eficiente para la refrigeración electrónica de próxima generación.
“Este éxito muestra el potencial de reinventar materiales para aplicaciones completamente nuevas.”
– Chen
Explicó que originalmente, los componentes de fibra fueron diseñados para filtración. “Nadie había explorado previamente su uso en evaporación,” añadió. Sin embargo, el equipo reconoció las características estructurales distintivas, que eran poros interconectados del tamaño adecuado, lo que los hacía perfectos para una refrigeración evaporativa eficiente. Chen declaró:
“Lo que nos sorprendió fue que, con el refuerzo mecánico adecuado, no solo resistieron el alto flujo de calor, sino que también funcionaron extremadamente bien bajo él.”
Además de su rendimiento térmico, las membranas de fibra son rentables, escalables para la fabricación y presentan tanto flexibilidad mecánica como resistencia, lo que destaca su potencial para la evaporación de película delgada e indica su utilidad para incorporarse en sistemas de refrigeración electrónica de alto flujo, ofreciendo así una solución robusta para la gestión térmica de próxima generación.
Los resultados son ciertamente prometedores, pero la tecnología aún opera significativamente por debajo de su límite teórico. El equipo ahora está trabajando en refinar la membrana y optimizar su rendimiento.
En la siguiente fase, el equipo integrará su tecnología en prototipos de placas frías, los componentes planos que se acoplan a GPU y CPU para disipar el calor. En cuanto a la comercialización de la tecnología, el equipo lanzará una startup para llevarla al mercado. Los Regentes de la Universidad de California también han presentado una patente relacionada con este trabajo.
Haga clic aquí para conocer el nuevo chip que reducirá el consumo de energía de los LLM en un 50 %.
Innovaciones de refrigeración de próxima generación
Dada la amplia utilización de la IA, que se proyecta contribuir con billones de dólares a la economía mundial, ahora hay un enfoque creciente en reducir su consumo de energía mediante diversos medios.
En mayo de 2025, el gigante tecnológico Microsoft publicó un documento que cuantifica el consumo de energía y agua, así como las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) producidas por las técnicas de refrigeración de centros de datos a lo largo de todo su ciclo de vida.
Esta evaluación del ciclo de vida evalúa no solo los recursos consumidos durante las operaciones de los centros de datos, sino que también profundiza en los recursos necesarios para producir todas las máquinas virtuales, servidores, chips, refrigeración y otros equipos. Según Microsoft, estos datos pueden ayudar a las empresas a diseñar centros de datos que utilicen menos agua, energía y carbono.
“En este documento abogamos por el uso de herramientas de evaluación del ciclo de vida para guiar las decisiones de ingeniería desde el principio y también compartimos la herramienta con la industria para facilitar su adopción.”
Hablando sobre el propósito del estudio, Alissa dijo:
“Lo que intentamos hacer aquí es decir a la industria: ‘Así es como construyes una evaluación del ciclo de vida de extremo a extremo que incluye la refrigeración. Y aquí tienes una herramienta que puedes personalizar según tus necesidades específicas y luego tomar una decisión.’”
Su estudio realmente tomó dos años, durante los cuales evaluaron cuatro tecnologías de refrigeración: placas frías, refrigeración por aire, inmersión de una fase y inmersión de dos fases para servidores.
El equipo espera que los enfoques líquidos tengan un mejor desempeño que la refrigeración por aire, que es el estándar de la industria, en cuanto a emisiones de carbono, así como consumo de energía y agua.
Aunque Microsoft ha instalado placas frías en sus centros de datos, también está explorando otras técnicas de refrigeración, como la técnica de refrigeración de placas frías a escala de rack que utiliza unidades de intercambiadores de calor. El gigante tecnológico también está desarrollando una nueva tecnología, que según afirma, puede reducir el consumo de agua entre un 30 % y un 50 % y disminuir la demanda de energía y las emisiones de GEI en aproximadamente un 15 % a lo largo de todo el ciclo de vida de los centros de datos.
Más recientemente, el Laboratorio Lincoln del MIT también desarrolló un chip especial para evaluar opciones de refrigeración para pilas de chips empaquetados. Este chip único disipa una potencia muy alta para generar calor a través de la capa de silicio y en puntos calientes específicos. Luego, se aplican tecnologías de refrigeración a la pila, y el chip mide los cambios de temperatura.
Cuando se coloca en una pila, permitirá a los investigadores examinar cómo el calor viaja a través de las capas de la pila y luego medir el progreso para mantenerlas frescas.
“Si solo tienes un chip, puedes enfriarlo desde arriba o desde abajo. Pero si comienzas a apilar varios chips uno encima del otro, el calor no tiene a dónde escapar. No existen métodos de refrigeración hoy en día que permitan a la industria apilar múltiples de estos chips de muy alto rendimiento.”
– El líder del estudio, Chenson Chen del Grupo de Materiales Avanzados y Microsistemas del laboratorio
Invertir en el sector de IA
Un líder global en GPU centradas en IA, Nvidia (NVDA ) es una empresa de infraestructura informática de pila completa que opera a través de los segmentos Compute & Networking y Graphics.
Nvidia se ha asociado con actores clave en semiconductores, fabricación de servidores, almacenamiento de datos y software empresarial para acelerar el despliegue de aplicaciones de IA. El fabricante de chips también está muy involucrado en financiar startups, especialmente empresas de IA como OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI y otras, para ayudar a avanzar en el sector.
NVIDIA Corporation (NVDA )
En cuanto al desempeño del mercado de Nvidia, es una de las acciones con mejor rendimiento, registrando una asombrosa ganancia del 1.350 % en los últimos cinco años. Al momento de escribir, las acciones de la segunda empresa más grande del mundo por capitalización de mercado, de $3,5 billones, cotizan por encima de $145, con un aumento del 8,33 % en lo que va del año y apenas un 3 % de su máximo de casi $150 alcanzado en noviembre de 2024.
(NVDA )
Tiene un EPS (TTM) de 3,10, un P/E (TTM) de 46,86 y un ROE (TTM) de 115,46 % mientras ofrece un rendimiento de dividendo del 0,03 %.
En mayo de 2025, Nvidia informó resultados financieros del primer trimestre del año fiscal 2026, durante el cual sus ingresos fueron de $44,1 mil millones.
En el área de centros de datos, los ingresos de la compañía fueron de $39,1 mil millones. Para este sector, Nvidia anunció la construcción de fábricas en EE. UU., presentó Blackwell Ultra y Dynamo para escalar modelos de razonamiento de IA, y planea acelerar la transición de la infraestructura de TI a fábricas de IA empresariales con los servidores RTX PRO™. Entre varias otras iniciativas, también se introdujo la NVIDIA AI Data Platform como un diseño de referencia personalizable para cargas de trabajo de inferencia de IA.
Otro gran desarrollo implica el uso de 100 000 chips de Nvidia para construir un nuevo centro de datos de IA en los Emiratos Árabes Unidos, que entrará en funcionamiento el próximo año.
En otra noticia emocionante, Nvidia está según se informa trabajando con Foxconn de Taiwán para desplegar robots humanoides en una nueva fábrica de Foxconn que producirá servidores de IA de Nvidia. Se espera que se finalice en los próximos meses, y el despliegue marcaría un hito en la adopción de robots con apariencia humana para transformar los procesos de fabricación.
Últimas noticias y desarrollos de acciones de NVIDIA Corporation (NVDA)
Reflexiones finales sobre la innovación en refrigeración de IA
A medida que la IA continúa transformando industrias, sus enormes necesidades de cómputo están impulsando un consumo de energía y generación de calor sin precedentes. Aquí, la prometedora investigación sobre la evaporación de película delgada impulsada por capilaridad representa un paso crucial hacia la construcción de una infraestructura de IA más eficiente energéticamente, sostenible y escalable para el futuro.
Con su alto flujo crítico de calor (CHF) teórico, la evaporación de película delgada impulsada por capilaridad en membranas nanoporosas ofrece una estrategia prometedora de gestión térmica para dispositivos electrónicos de alta potencia. El último estudio encontró que las membranas de fibra con poros abiertos e interconectados actúan como evaporadores eficientes, facilitando un transporte rápido y uniforme de líquido a través de múltiples rutas mientras reducen con éxito la obstrucción y garantizan una humectación uniforme en toda la superficie.
Al demostrar estabilidad a largo plazo, los evaporadores de membrana de fibra 3D ofrecen una solución altamente prometedora para la gestión térmica avanzada, proporcionando soluciones de refrigeración eficientes para satisfacer las demandas de los sistemas electrónicos modernos.
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Estudios citados:
1. Feng, T.; Pei, Y.; Zhang, H.; Asai, B.; Dong, G.; Joshi, A.; Saha, A.; Cai, S.; Chen, R. High-Flux and Stable Thin-Film Evaporation from Fiber Membranes with Interconnected Pores. Joule 2025, 9 (6), 101975. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975
