Intelligence artificielle
Nouvelle technologie de refroidissement répond aux exigences énergétiques croissantes de l’IA
Une nouvelle technologie de refroidissement a été développée par des ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego qui peut améliorer drastiquement l’efficacité énergétique des centres de données, essentiels au développement et au déploiement de l’IA.
Les centres de données sont des installations qui abritent l’infrastructure nécessaire pour entraîner et déployer les modèles d’IA. Cela comprend des architectures avancées de calcul, de réseau et de stockage ainsi que des capacités d’énergie et de refroidissement pour gérer les énormes exigences de traitement des charges de travail d’IA.
Bien que les centres de données traditionnels possèdent de nombreux composants similaires à ceux d’un centre de données IA, y compris serveurs, systèmes de stockage et équipements réseau, leur puissance de calcul varie considérablement. Cela est dû aux exigences extraordinaires des charges de travail d’IA à haute intensité, qui nécessitent des unités de traitement graphique (GPU) haute performance.
Non seulement le très grand nombre de GPU nécessaires aux cas d’utilisation de l’IA requiert beaucoup plus d’espace au sol, mais ils nécessitent également des capacités avancées d’énergie et de refroidissement.
En fait, l’utilisation explosive de l’IA et son expansion continue font grimper la demande de traitement des données.
Les centres de données sont en réalité prévus pour devenir parmi les plus grands consommateurs d’énergie au niveau mondial. Les estimations suggèrent que la consommation d’énergie des centres de données pourrait croître jusqu’à 160 % pour dépasser 1 000 térawattheure (TWh), représentant 3 % à 4 % de la consommation électrique mondiale d’ici 2030.
Cette hausse est alimentée par les exigences croissantes de calcul des applications d’IA avancées, entraînant une génération de chaleur importante qui nécessite des solutions de refroidissement efficaces.
En fait, 40 % de la consommation totale d’énergie d’un centre de données est consacrée uniquement au refroidissement du matériel informatique haute performance, en particulier les GPU et les accélérateurs.
Ces composants génèrent beaucoup plus de chaleur que les CPU traditionnels, surtout pendant l’entraînement de l’IA et le traitement des grands modèles de langage. De plus, la densité accrue de puissance de calcul dans les serveurs IA modernes conduit également à une concentration de chaleur plus élevée, nécessitant des solutions de refroidissement plus efficaces.
« Les coûts de refroidissement représentent une charge indirecte importante que les opérateurs doivent assumer », a déclaré Rithika Thomas, analyste senior des technologies durables chez ABI Research, dont le rapport « Chilling Out : Cooling Systems for Data Centres » appelle les opérateurs à adopter des stratégies efficaces pour maintenir la performance, la stabilité et la durée de vie de l’équipement.
Si cette tendance se poursuit, la consommation mondiale d’énergie pour le refroidissement pourrait plus que doubler d’ici la fin de cette décennie, rendant crucial la recherche d’une solution à ce problème.
« Les stratégies de refroidissement efficaces exigent une approche holistique et indépendante de la technologie afin d’optimiser l’efficacité de l’utilisation de l’énergie (PUE), l’efficacité de l’utilisation de l’eau (WUE) et la gestion thermique, tout en réduisant les coûts d’exploitation. »
– Thomas
Les besoins de chaleur insatiables de l’IA nécessitent des solutions de refroidissement plus intelligentes
Le problème est que les méthodes de refroidissement traditionnelles à base d’air deviennent de plus en plus insuffisantes pour gérer les charges thermiques des serveurs modernes. Ces méthodes consomment déjà jusqu’à 45 % de l’énergie totale d’un centre de données.
En ce qui concerne le flux thermique maximal provenant des puces CPU et GPU avancées, il dépasse actuellement largement 50 W/cm². Le flux thermique ou flux de chaleur est simplement le taux de transfert d’énergie d’un point à un autre sous forme de chaleur.
Par exemple, le Hopper de NVIDIA, un favori de l’IA et une microarchitecture GPU spécialement conçue pour les centres de données afin d’accélérer les charges de travail d’IA et de calcul haute performance (HPC), possède une puissance de conception thermique (TDP) de 700 W sur une puce de 814 mm² (86 W/cm² de flux thermique) pour les applications IA.
Le Hopper est le successeur de l’architecture Ampere de NVIDIA et est construit avec plus de 80 milliards de transistors en utilisant le processus TSMC 4N.
Ensuite, la miniaturisation des transistors peut conduire à une densité de transistors environ dix fois plus élevée dans le nœud de 1 nm d’ici 2030. Cela peut impliquer un flux thermique de plus de 200 W cm⁻², un niveau qui ne peut pas être éliminé efficacement et à moindre coût avec le refroidissement à l’air. Ainsi, cela crée un besoin de refroidissement liquide.
Les technologies de refroidissement liquide ne sont pas nouvelles. L’industrie les a déjà adoptées pour leurs systèmes de prochaine génération afin d’améliorer la gestion thermique et l’efficacité énergétique.
Cette méthode de refroidissement transfère réellement la chaleur loin des serveurs plus efficacement que les systèmes à base d’air, ce qui réduit à son tour les coûts de refroidissement et le gaspillage d’énergie.
Les techniques avancées de refroidissement liquide comprennent les plaques froides à microcanaux et le refroidissement par immersion avec des fluides diélectriques. Les techniques de refroidissement traditionnelles, telles que le transfert de chaleur à phase unique ou à ébullition, sont généralement limitées à des flux thermiques de l’ordre de 100 W/cm².
Donc, ce dont nous avons besoin, ce sont des stratégies de dissipation thermique haute performance. Elles doivent être passives, surtout car cela ne nécessiterait aucune puissance supplémentaire. Bien que souhaitables, ces stratégies restent insaisissables.
Ensuite, il faut noter que le refroidissement est important non seulement pour les appareils CPU et GPU utilisés pour le calcul et l’IA, mais aussi pour l’électronique de puissance incluant les puces à diode électroluminescente (LED), les radiofréquences (RF) haute puissance, les transistors à haute mobilité d’électrons en nitrure de gallium (GaN HEMT) et les lasers à pompage.
Beaucoup de ces électroniques dissipent plus de 100 W/cm². Ici, le transfert de chaleur par évaporation offre une technologie prometteuse pour le refroidissement des électroniques haute puissance, avec plusieurs avantages significatifs par rapport aux méthodes de refroidissement traditionnelles.
Comparés aux systèmes de refroidissement à phase unique, la grande chaleur latente du changement de phase liquide‑vapeur permet une élimination efficace de la chaleur tout en offrant une meilleure stabilité et aucune hystérésis (la dépendance de l’état d’un système à son historique). De plus, les exigences en puissance de pompage sont réduites lorsqu’on utilise un flux capillaire passif.
Les systèmes basés sur l’évaporation offrent en fait un mécanisme de transfert de chaleur efficace et plus contrôlé, notamment pour les applications haute puissance, contrairement à l’ébullition.
Face à la nécessité d’une gestion thermique écoénergétique cruciale pour les centres de données, l’évaporation en film mince entraînée par capillarité dans des membranes à pores extrêmement petits représente une approche prometteuse pour dissiper des flux thermiques élevés.
Nouvelle technologie de refroidissement pour freiner la hausse de la demande énergétique
Avec la nécessité de stratégies de refroidissement avancées essentielles pour freiner la tendance de la consommation énergétique en forte hausse dans le refroidissement des centres de données, réduire les coûts opérationnels et soutenir les objectifs de réduction du carbone, des ingénieurs ont développé une nouvelle technologie de refroidissement évaporatif pour les centres de données et les électroniques haute puissance.
Soutenu par la National Science Foundation, cette nouvelle technique offre une alternative prometteuse aux systèmes de refroidissement traditionnels, tels que les ventilateurs, les pompes à liquide et les dissipateurs thermiques, comme détaillé1 dans la revue Joule. Elle pourrait également réduire la consommation d’eau de nombreux systèmes de refroidissement actuels.
La nouvelle technologie comprend une membrane fibreuse spécialement conçue qui élimine passivement la chaleur par évaporation. La membrane à faible filtration utilisée ici comporte un réseau de minuscules pores interconnectés qui utilisent l’action capillaire pour aspirer le liquide de refroidissement à travers sa surface.
Lorsque le liquide s’évapore, la chaleur est efficacement éliminée des composants électroniques en dessous sans nécessiter d’énergie supplémentaire. La membrane est placée au-dessus de microcanaux situés au-dessus des électroniques, attirant le liquide qui circule à travers les canaux et dissipe efficacement la chaleur.
Selon le co‑responsable de l’étude, Renkun Chen, professeur au département de génie mécanique et aérospatial de l’École d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego :
« Comparé au refroidissement traditionnel à l’air ou liquide, l’évaporation peut dissiper un flux thermique plus élevé tout en consommant moins d’énergie. »
Le refroidissement par évaporation n’est pas nouveau, de nombreuses applications telles que les évaporateurs dans les climatiseurs et les caloducs dans les ordinateurs portables l’utilisent actuellement. Mais appliquer cette méthode aux électroniques haute puissance a été un défi.
Les tentatives d’utilisation de membranes poreuses ont échoué. Les membranes poreuses possèdent de grandes surfaces idéales pour l’évaporation, mais les tentatives précédentes présentaient soit des pores trop petits qui se bouchent, soit trop grands qui déclenchent une ébullition indésirable, entraînant l’échec.
« Ici, nous utilisons des membranes fibreuses poreuses avec des pores interconnectés de la bonne taille », a déclaré Chen. Ainsi, les ingénieurs ont pu obtenir une évaporation efficace sans ces inconvénients.
Lors des tests de la technologie à différents flux thermiques, les chercheurs ont constaté que leur membrane fonctionnait et atteignait des performances record.
La membrane a géré des flux thermiques dépassant 800 watts par centimètre carré (W/cm²). C’est l’un des niveaux les plus élevés enregistrés pour ce type de système de refroidissement. De plus, elle s’est avérée stable pendant plusieurs heures de fonctionnement, soulignant une approche évolutive et écoénergétique pour le refroidissement électronique de prochaine génération.
« Ce succès montre le potentiel de réinventer les matériaux pour des applications entièrement nouvelles. »
– Chen
Il a expliqué que les fibres étaient à l’origine conçues pour la filtration. « Personne n’avait auparavant exploré leur utilisation dans l’évaporation », a-t-il ajouté. Cependant, l’équipe a reconnu les caractéristiques structurelles distinctes, à savoir des pores interconnectés de la bonne taille, qui les rendaient parfaites pour un refroidissement évaporatif efficace. Chen a déclaré :
« Ce qui nous a surpris, c’est qu’avec le bon renforcement mécanique, elles ont non seulement résisté au flux thermique élevé, mais elles ont également très bien fonctionné sous celui‑ci. »
Outre leurs performances thermiques, les membranes fibreuses sont économiques, évolutives pour la fabrication et présentent à la fois flexibilité mécanique et résistance, soulignant leur potentiel pour l’évaporation en film mince et indiquant leur utilité pour l’intégration dans des systèmes de refroidissement électronique à flux élevé, offrant ainsi une solution robuste pour la gestion thermique de prochaine génération.
Les résultats sont certainement prometteurs, mais la technologie fonctionne encore bien en dessous de sa limite théorique. L’équipe travaille maintenant à affiner la membrane et à optimiser ses performances.
Dans la prochaine phase, l’équipe intégrera leur technologie dans des prototypes de plaques froides, les composants plats qui se fixent aux GPU et CPU pour dissiper la chaleur. Quant à la commercialisation de la technologie, l’équipe lancera une startup pour la mettre sur le marché. Les Régents de l’Université de Californie ont également déposé un brevet lié à ce travail.
Innovations de refroidissement de prochaine génération
Étant donné l’utilisation massive de l’IA, qui devrait contribuer des billions de dollars à l’économie mondiale, il y a désormais un intérêt croissant pour réduire sa consommation d’énergie par divers moyens.
En mai 2025, le géant technologique Microsoft a publié un document qui quantifie la consommation d’énergie et d’eau, ainsi que les émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par les techniques de refroidissement des centres de données tout au long de leur cycle de vie.
Cette évaluation du cycle de vie examine non seulement les ressources consommées pendant le fonctionnement des centres de données, mais aussi les ressources nécessaires à la production de toutes les machines virtuelles, serveurs, puces, systèmes de refroidissement et autres équipements. Selon Microsoft, ces données peuvent aider les entreprises à concevoir des centres de données consommant moins d’eau, d’énergie et de carbone.
Selon le responsable de l’étude, Husam Alissa, directeur de la technologie des systèmes dans Cloud Operations and Innovation chez Microsoft :
« Nous préconisons dans ce document l’utilisation d’outils d’évaluation du cycle de vie pour guider les décisions d’ingénierie dès le départ et nous partageons également cet outil avec l’industrie afin de faciliter son adoption. »
En parlant de l’objectif de l’étude, Alissa a déclaré :
« Ce que nous essayons de faire ici, c’est dire à l’industrie : « Voici comment construire une évaluation du cycle de vie de bout en bout qui prend en compte le refroidissement. Et voici un outil que vous pouvez personnaliser selon vos besoins spécifiques pour prendre une décision. »
Leur étude a en fait duré deux ans, au cours desquels ils ont évalué quatre technologies de refroidissement, à savoir les plaques froides, le refroidissement à l’air, l’immersion à phase unique et l’immersion à deux phases pour les serveurs.
L’équipe s’attend à ce que les approches liquides offrent de meilleures performances que le refroidissement à l’air, qui est la norme de l’industrie, en termes d’émissions de carbone ainsi que de consommation d’énergie et d’eau.
Bien que Microsoft ait installé des plaques froides dans ses centres de données, elle explore également d’autres techniques de refroidissement, comme la technique de refroidissement par plaques froides à l’échelle du rack qui utilise des unités d’échangeur de chaleur. Le géant technologique développe également une nouvelle technologie, qui, selon lui, peut réduire la consommation d’eau de 30 % à 50 % et diminuer la demande énergétique ainsi que les émissions de GES d’environ 15 % sur l’ensemble du cycle de vie des centres de données.
Plus récemment, le MIT Lincoln Laboratory a également développé une puce spéciale pour évaluer les options de refroidissement pour les piles de puces emballées. Cette puce unique dissipe une très haute puissance pour produire de la chaleur via la couche de silicium et dans des points chauds spécifiques. Ensuite, les technologies de refroidissement sont appliquées à la pile, sur laquelle la puce mesure les variations de température.
Lorsqu’elle est insérée dans une pile, elle permettra aux chercheurs d’examiner comment la chaleur se propage à travers les couches de la pile et de mesurer les progrès pour les garder au frais.
« Si vous n’avez qu’une seule puce, vous pouvez la refroidir par le haut ou par le bas. Mais si vous commencez à empiler plusieurs puces les unes sur les autres, la chaleur n’a nulle part où s’échapper. Aucun moyen de refroidissement n’existe aujourd’hui qui permette à l’industrie d’empiler plusieurs de ces puces très haute performance. »
– Le responsable de l’étude, Chenson Chen du groupe Materials avancés et Systèmes microscopiques du laboratoire
Investir dans le secteur de l’IA
Un leader mondial des GPU axés sur l’IA, Nvidia (NVDA ) est une entreprise d’infrastructure informatique à pile complète qui opère à travers les segments Compute & Networking et Graphics.
Nvidia s’est associé à des acteurs clés des semi-conducteurs, de la fabrication de serveurs, du stockage de données et des logiciels d’entreprise pour accélérer le déploiement des applications IA. Le fabricant de puces est également fortement impliqué dans le financement de startups, notamment des entreprises IA telles qu’OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI, et d’autres pour aider à faire progresser le secteur.
NVIDIA Corporation (NVDA )
En ce qui concerne la performance boursière de Nvidia, c’est l’une des actions les mieux performantes, enregistrant un gain impressionnant de 1 350 % au cours des cinq dernières années. Au moment de la rédaction, les actions de la deuxième plus grande entreprise mondiale par capitalisation boursière de 3,5 billions de dollars se négocient au-dessus de 145 $, en hausse de 8,33 % depuis le début de l’année et à peine 3 % de leur pic de près de 150 $ atteint en novembre 2024.
(NVDA )
Elle affiche un BPA (TTM) de 3,10, un PER (TTM) de 46,86 et un ROE (TTM) de 115,46 % tout en offrant un rendement du dividende de 0,03 %.
En mai 2025, Nvidia a publié les résultats financiers du premier trimestre de l’exercice 2026, au cours duquel son chiffre d’affaires s’élevait à 44,1 milliards de dollars.
Dans le secteur des centres de données, le chiffre d’affaires de l’entreprise était de 39,1 milliards de dollars. Pour ce secteur, Nvidia a annoncé la construction d’usines aux États‑Unis, a présenté Blackwell Ultra et Dynamo pour faire évoluer les modèles de raisonnement IA, et prévoit d’accélérer la transition de l’infrastructure informatique vers les usines IA d’entreprise avec les serveurs RTX PRO™. Parmi plusieurs autres initiatives, la plateforme NVIDIA AI Data Platform a également été présentée comme un design de référence personnalisable pour les charges de travail d’inférence IA.
Un autre grand développement implique l’utilisation de 100 000 puces Nvidia pour construire un nouveau centre de données IA aux Émirats arabes unis, qui sera mis en service l’année prochaine.
Dans une autre nouvelle passionnante, Nvidia est rapporté travailler avec Foxconn de Taïwan pour déployer des robots humanoïdes dans une nouvelle usine Foxconn qui produira des serveurs IA Nvidia. L’achèvement étant prévu dans les prochains mois, ce déploiement marquerait une étape importante dans l’adoption de robots semblables à des humains pour transformer les processus de fabrication.
Dernières nouvelles et développements de l’action NVIDIA Corporation (NVDA)
Réflexions finales sur l’innovation du refroidissement IA
Alors que l’IA continue de remodeler les industries, ses besoins informatiques massifs entraînent une consommation d’énergie et une génération de chaleur sans précédent. Ici, la recherche prometteuse sur l’évaporation en film mince entraînée par capillarité représente une étape cruciale vers la construction d’une infrastructure IA plus écoénergétique, durable et évolutive pour l’avenir.
Avec son flux critique de chaleur (CHF) théorique élevé, l’évaporation en film mince entraînée par capillarité dans des membranes nanoporeuses offre une stratégie de gestion thermique prometteuse pour les dispositifs électroniques haute puissance. La dernière étude a constaté que les membranes fibreuses possèdent des pores ouverts interconnectés, agissant comme des évaporateurs efficaces, facilitant un transport liquide rapide et uniforme à travers plusieurs voies tout en réduisant avec succès les obstructions et en assurant une humidité homogène sur toute la surface.
En démontrant une stabilité à long terme, les évaporateurs à membrane fibreuse 3D offrent une solution très prometteuse pour la gestion thermique avancée, fournissant des solutions de refroidissement efficaces pour répondre aux exigences des systèmes électroniques modernes.
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Études référencées:
1. Feng, T.; Pei, Y.; Zhang, H.; Asai, B.; Dong, G.; Joshi, A.; Saha, A.; Cai, S.; Chen, R. Évaporation en film mince à haut flux et stable à partir de membranes fibreuses à pores interconnectés. Joule 2025, 9 (6), 101975. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975
