Nieuwe koelingstechnologie pakt de stijgende energievraag van AI aan

Een nieuwe koelingstechnologie is ontwikkeld door ingenieurs van de University of California, San Diego die de energie‑efficiëntie van datacenters drastisch kan verbeteren, die cruciaal zijn voor de ontwikkeling en inzet van AI.

Datacenters zijn faciliteiten die de infrastructuur huisvest die nodig is om AI‑modellen te trainen en in te zetten. Dit omvat geavanceerde reken-, netwerk‑ en opslagarchitecturen evenals energie‑ en koelingsmogelijkheden om de enorme gegevensverwerkingsbehoeften van AI‑werkbelastingen aan te kunnen.

Hoewel traditionele datacenters veel van dezelfde componenten hebben als een AI‑datacenter, waaronder servers, opslagsystemen en netwerkapparatuur, varieert hun rekenkracht sterk. Dit komt door de buitengewone eisen van intensieve AI‑werkbelastingen, die high‑performance grafische verwerkingsunits (GPU’s) vereisen.

Niet alleen vereist het zeer grote aantal GPU’s dat nodig is voor AI‑toepassingen veel meer vloeroppervlak, maar ze hebben ook geavanceerde energie‑ en koelingsmogelijkheden nodig.

In feite heeft het explosieve gebruik van AI en de voortdurende uitbreiding de vraag naar gegevensverwerking enorm doen stijgen.

Datacenters worden naar verwachting een van de grootste energieverbruikers wereldwijd. Schattingen suggereren dat het energieverbruik van datacenters tegen 2030 met wel 160 % kan groeien tot meer dan 1.000 terawatt‑uur (TWh), wat 3 % tot 4 % van het wereldwijde elektriciteitsverbruik zou uitmaken.

Deze stijging wordt gedreven door de toenemende rekeneisen van geavanceerde AI‑toepassingen, wat leidt tot aanzienlijke warmteontwikkeling die effectieve koelingsoplossingen vereist.

Feitelijk gaat 40 % van het totale energieverbruik van een datacenter alleen naar het koelen van de high‑performance rekenhardware, specifiek GPU’s en versnellers.

Deze componenten genereren veel meer warmte dan traditionele CPU’s, vooral tijdens AI‑training en de verwerking van grote taalmodellen. Daarnaast is er de verhoogde dichtheid van rekenkracht in moderne AI‑servers, wat ook leidt tot een hogere warmteconcentratie en efficiëntere koelingsoplossingen vereist.

“Koelingskosten vormen een aanzienlijke overheadkost die exploitanten moeten dragen,” zei Rithika Thomas, senior analist voor duurzame technologieën bij ABI Research, wiens rapport ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ operators oproept effectieve strategieën te hanteren om prestaties, stabiliteit en levensduur van apparatuur te behouden.

Als deze trend zich voortzet, zou het wereldwijde energieverbruik voor koeling tegen het einde van dit decennium meer dan kunnen verdubbelen, waardoor het cruciaal is een oplossing voor dit probleem te vinden.

“Effectieve koelingsstrategieën vereisen een holistische, technologie‑agnostische aanpak om Power Usage Effectiveness (PUE), Water Usage Effectiveness (WUE) en thermisch beheer te optimaliseren en operationele kosten te verlagen.”

– Thomas

AI’s onverzadigbare warmtebehoefte vereist slimmere koelingsoplossingen

Het probleem is dat traditionele luchtgebaseerde koelingsmethoden steeds ontoereikender worden om de warmtebelasting van moderne servers te beheersen. Deze methoden verbruiken al tot 45 % van de totale energie van een datacenter.

Wat betreft de maximale warmteflux van geavanceerde CPU‑ en GPU‑chips, ligt deze momenteel ruim boven 50 W/cm². Warmteflux of thermische flux is simpelweg de snelheid waarmee energie van de ene naar de andere plaats wordt overgedragen in de vorm van warmte.

Bijvoorbeeld, NVIDIA’s Hopper, een AI‑favoriet en een GPU‑microarchitectuur specifiek ontworpen voor datacenters om AI‑ en high‑performance computing (HPC)‑werkbelastingen te versnellen, heeft een thermisch ontwerpvermogen (TDP) van 700 W op een chipgrootte van 814 mm² (86 W/cm² warmteflux) voor AI‑toepassingen.

Hopper is de opvolger van NVIDIA’s Ampere‑architectuur en is gebouwd met meer dan 80 miljard transistoren met behulp van het TSMC 4N‑proces.

Daarbij komt de miniaturisatie van de transistoren, die tegen 2030 kan leiden tot ongeveer tien keer hogere transistor‑dichtheid in het 1 nm‑node. Dit kan een warmteflux van meer dan 200 W cm⁻² met zich meebrengen, een niveau dat niet efficiënt en kosteneffectief met luchtkoeling kan worden verwijderd. Hierdoor ontstaat er een behoefte aan vloeistofkoeling.

Vloeistofkoelingstechnologieën zijn niet nieuw. De industrie heeft ze al toegepast in hun next‑generation systemen om thermisch beheer en energie‑efficiëntie te verbeteren.

Deze koelingsmethode transporteert de warmte van servers daadwerkelijk effectiever weg dan luchtgebaseerde systemen, waardoor koelingskosten en energieverspilling worden verminderd.

Geavanceerde vloeistofkoelingstechnieken omvatten microkanaal‑koude platen en onderdompelingkoeling met diëlektrische vloeistoffen. Traditionele koelingstechnieken, zoals enkel‑fase of kook‑warmtetransfer, zijn echter meestal beperkt tot warmtefluxen in het bereik van 100 W/cm².

Dus wat we nodig hebben zijn high‑performance warmte‑afvoertechnieken. Deze moeten passief zijn, vooral omdat ze geen extra vermogen vereisen. Hoewel wenselijk, blijven deze strategieën moeilijk te realiseren.

Daarnaast is koeling niet alleen belangrijk voor CPU‑ en GPU‑apparaten die voor rekenen en AI worden gebruikt, maar ook voor vermogenselektronica, waaronder lichtemitterende diode (LED)‑chips, high‑power radiofrequentie (RF), gallium‑nitride (GaN) high‑electron‑mobility transistors (HEMT’s) en pomp‑lasers.

Veel van deze elektronica hebben een vermogensafvoer van meer dan 100 W/cm². Hier biedt verdampingswarmtetransfer een veelbelovende technologie voor het koelen van high‑power elektronica, met verschillende significante voordelen ten opzichte van traditionele koelingsmethoden.

Vergeleken met enkel‑fase koelsystemen, maakt de grote latente warmte van de vloeistof‑stoom fase‑overgang efficiënte warmte‑verwijdering mogelijk, terwijl het betere stabiliteit en geen hysterese (de afhankelijkheid van de toestand van een systeem van zijn geschiedenis) biedt. Bovendien zijn de pomppower‑vereisten verminderd bij gebruik van passieve capillaire‑aangedreven stroming.

Verdampingsgebaseerde systemen bieden daadwerkelijk een efficiënt en beter gecontroleerd warmtetransfermechanisme, vooral voor high‑power toepassingen, in tegenstelling tot koken.

Gezien energie‑efficiënt thermisch beheer cruciaal is voor datacenters, biedt capillaire‑aangedreven dunne‑film verdamping in membranen met extreem kleine poriën een veelbelovende aanpak voor het afvoeren van hoge warmtefluxen.

Klik hier om te leren hoe AI kan helpen de stijgende energievraag bij AI‑datacenters onder controle te houden.

Nieuwe koelingstechnologie om stijgende energievraag te beteugelen

Met de noodzaak voor geavanceerde koelingsstrategieën die cruciaal zijn om de trend van snel stijgend energieverbruik in datacenterkoeling te beteugelen, operationele kosten te verlagen en carbonreductiedoelstellingen te ondersteunen, hebben ingenieurs een nieuwe verdampingskoelingstechnologie voor datacenters en high‑power elektronica ontwikkeld.

Ondersteund door de National Science Foundation biedt deze nieuwe techniek een veelbelovend alternatief voor traditionele koelsystemen, zoals ventilatoren, vloeistofpompen en koellichamen, zoals gedetailleerd¹ in het tijdschrift Joule. Het zou ook het waterverbruik van veel huidige koelsystemen kunnen verminderen.

De nieuwe technologie beschikt over een speciaal ontworpen vezelmembranen die passief warmte verwijdert via verdamping. Het hier gebruikte low‑filter membraan omvat een netwerk van kleine, onderling verbonden poriën die capillaire werking gebruiken om koelvloeistof over het oppervlak aan te trekken.

Naarmate de vloeistof verdampt, wordt de warmte efficiënt verwijderd van de onderliggende elektronica zonder extra energie te vergen. Het membraan wordt bovenop microkanalen boven de elektronica geplaatst, waarbij vloeistof wordt aangezogen die door de kanalen stroomt en de warmte efficiënt afvoert.

“In vergelijking met traditionele lucht‑ of vloeistofkoeling kan verdamping hogere warmtefluxen afvoeren terwijl minder energie wordt gebruikt.”

Verdamping voor koeling is niet nieuw, aangezien veel toepassingen zoals verdampers in airconditioners en warmtebuizen in laptops het momenteel gebruiken. Maar het toepassen van de methode op high‑power elektronica is een uitdaging geweest.

Pogingen om poreuze membranen te gebruiken zijn onsuccesvol geweest. Poreuze membranen hebben een groot oppervlak dat ideaal is voor verdamping, maar eerdere pogingen hadden ofwel te kleine poriën die verstopt raakten, of te grote die ongewenst koken veroorzaakten, wat tot falen leidde.

“Hier gebruiken we poreuze vezelmembranen met onderling verbonden poriën van de juiste grootte,” zei Chen. Op deze manier konden de ingenieurs efficiënte verdamping bereiken zonder die nadelen.

Bij het testen van de technologie over verschillende warmtefluxen ontdekten de onderzoekers dat hun membraan werkte en recordbrekende prestaties leverde.

Het membraan hield warmtefluxen van meer dan 800 watt per vierkante centimeter (W/cm²) aan. Dit is een van de hoogste niveaus die ooit voor dit type koelsysteem zijn geregistreerd. Niet alleen dat, maar het bleek ook stabiel over meerdere uren werking, wat een schaalbare en energie‑efficiënte benadering van next‑generation elektronische koeling benadrukt.

“Dit succes toont het potentieel van het herontwerpen van materialen voor volledig nieuwe toepassingen.”

– Chen

Hij legde uit dat de vezelcomponenten oorspronkelijk voor filtratie waren ontworpen. “Niemand had eerder hun gebruik in verdamping onderzocht,” voegde hij toe. Het team herkende echter de unieke structurele kenmerken, namelijk onderling verbonden poriën van de juiste grootte, die ze perfect maakten voor efficiënte verdampingskoeling. Chen stelde:

“Wat ons verraste was dat ze, met de juiste mechanische versterking, niet alleen de hoge warmteflux weerstonden, maar er ook extreem goed onder presteerden.”

Naast hun thermische prestaties zijn de vezelmembranen kosteneffectief, schaalbaar voor productie, en vertonen ze zowel mechanische flexibiliteit als sterkte, wat hun potentieel voor dunne‑film verdamping benadrukt en hun bruikbaarheid voor integratie in high‑flux elektronische koelsystemen aantoont, waardoor ze een robuuste oplossing bieden voor next‑generation thermisch beheer.

De resultaten zijn zeker veelbelovend, maar de technologie opereert nog steeds aanzienlijk onder de theoretische limiet. Het team werkt nu aan het verfijnen van het membraan en het optimaliseren van de prestaties.

In de volgende fase zal het team hun technologie integreren in prototypes van koude platen, de platte componenten die op GPU’s en CPU’s worden bevestigd om warmte af te voeren. Wat betreft commercialisering zal het team een startup lanceren om het op de markt te brengen. De Regents van de University of California hebben ook een patent ingediend dat verband houdt met dit werk.

Klik hier om meer te leren over de nieuwe chip die het stroomverbruik van LLM’s met 50 % zal verminderen.

Next‑Gen koelingsinnovaties

Gezien het brede gebruik van AI, dat naar verwachting biljoenen dollars zal bijdragen aan de wereldeconomie, is er nu een groeiende focus op het verminderen van het energieverbruik via verschillende methoden.

In mei 2025 heeft tech‑gigant Microsoft (MSFT ) een paper uitgebracht die de energie- en waterconsumptie, evenals de uitstoot van broeikasgassen (GHG) die door datacenterkoelingstechnieken gedurende hun volledige levensduur worden geproduceerd, kwantificeert.

Deze levenscyclusanalyse beoordeelt niet alleen de middelen die tijdens de datacenteroperaties worden verbruikt, maar duikt ook diep in de middelen die nodig zijn om alle virtuele machines, servers, chips, koeling en andere apparatuur te produceren. Deze gegevens kunnen volgens Microsoft bedrijven helpen datacenters te ontwerpen die minder water, energie en koolstof gebruiken.

“We pleiten in dit paper voor het gebruik van levenscyclus‑assessmenttools om vroeg in het ontwerpproces engineeringbeslissingen te sturen en delen de tool ook met de industrie om adoptie te vergemakkelijken.”
Over het doel van de studie zei Alissa:

“Wat we hier proberen te doen is de industrie vertellen: ‘Dit is hoe je een end‑to‑end levenscyclusassessment bouwt dat koeling meeneemt. En hier is een tool voor jullie die je kunt aanpassen aan je specifieke behoeften en vervolgens een beslissing kunt nemen.’”

Hun studie duurde eigenlijk twee jaar, waarin ze vier koelingstechnologieën evalueerden, namelijk koude platen, luchtkoeling, één‑fase onderdompeling en twee‑fase onderdompeling voor servers.

Het team verwacht dat de vloeistofbenaderingen beter zullen presteren dan luchtkoeling, de industriestandaard, op het gebied van CO₂‑emissies, evenals energie- en waterverbruik.

Hoewel Microsoft koude platen in haar datacenters heeft geïnstalleerd, onderzoekt ze ook andere koelingstechnieken, zoals de rack‑scale koude plaat koelingstechniek die warmtewisselaar‑eenheden gebruikt. De tech‑gigant ontwikkelt ook een nieuwe technologie die, volgens hen, het waterverbruik met 30 % tot 50 % kan verminderen en de energievraag en GHG‑emissies met ongeveer 15 % kan verlagen gedurende de volledige levensduur van datacenters.

Onlangs heeft MIT Lincoln Laboratory ook een speciale chip ontwikkeld om koelingsopties voor verpakte chip‑stapels te beoordelen. Deze unieke chip dissipert zeer hoog vermogen om warmte te genereren via de siliciumlaag en in specifieke hotspots. Vervolgens worden koelingstechnologieën op de stapel toegepast, waarna de chip temperatuurveranderingen meet.

Wanneer het in een stapel wordt geplaatst, stelt het onderzoekers in staat te onderzoeken hoe warmte door de stapellagen reist en vervolgens de voortgang te meten om ze koel te houden.

“Als je slechts één chip hebt, kun je die van boven of onderaf koelen. Maar als je meerdere chips op elkaar stapelt, heeft de warmte nergens een uitweg. Er bestaan vandaag geen koelingsmethoden die de industrie in staat stellen meerdere van deze zeer high‑performance chips te stapelen.”

– De studieleider, Chenson Chen van de Advanced Materials and Microsystems Group van het laboratorium

Investeren in de AI‑sector

Een wereldleider in AI‑gerichte GPU’s, Nvidia (NVDA ) is een full‑stack computerinfrastructuurbedrijf dat opereert via de segmenten Compute & Networking en Graphics.

Nvidia heeft samengewerkt met belangrijke spelers in halfgeleiders, serverproductie, gegevensopslag en enterprise‑software om de inzet van AI‑toepassingen te versnellen. De chipfabrikant is ook sterk betrokken bij het financieren van startups, met name AI‑bedrijven zoals OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI en anderen om de sector vooruit te helpen.

NVIDIA Corporation (NVDA )

Wat betreft Nvidia’s marktprestaties, is het een van de best presterende aandelen, met een verbluffende stijging van 1.350 % in de afgelopen vijf jaar. Op het moment van schrijven worden de aandelen van het ’s werelds tweede grootste bedrijf qua marktkapitalisatie van $3,5 biljoen verhandeld boven $145, een stijging van 8,33 % YTD en slechts 3 % van de piek van bijna $150 die in november 2024 werd bereikt.

Het heeft een EPS (TTM) van 3,10, een P/E (TTM) van 46,86 en een ROE (TTM) van 115,46 % terwijl het een dividendrendement van 0,03 % biedt.

In mei 2025 rapporteerde Nvidia de financiële resultaten voor het eerste kwartaal van fiscal 2026, waarin de omzet $44,1 miljard bedroeg.

In het datacenter‑gebied bedroeg de omzet van het bedrijf $39,1 miljard. Voor deze sector kondigde Nvidia de bouw van fabrieken in de VS aan, introduceerde Blackwell Ultra en Dynamo voor het opschalen van AI‑redeneringsmodellen, en plant de versnelling van de IT‑infrastructuurtransitie naar enterprise AI‑fabrieken met RTX PRO™ Servers. Onder verschillende andere initiatieven werd ook het NVIDIA AI Data Platform geïntroduceerd als een aanpasbaar referentie‑ontwerp voor AI‑inference workloads.

Een andere grote ontwikkeling betreft het gebruik van 100.000 Nvidia‑chips om een nieuw AI‑datacenter in de VAE te bouwen, dat volgend jaar operationeel zal zijn.

In ander opwindend nieuws werkt Nvidia naar verluidt samen met Taiwan’s Foxconn om humanoïde robots in te zetten in een nieuwe Foxconn‑fabriek die Nvidia AI‑servers zal produceren. Verwacht dat dit de komende maanden wordt afgerond, zou de inzet een mijlpaal betekenen in de adoptie van mensachtige robots om productieprocessen te transformeren.

Laatste NVIDIA Corporation (NVDA) aandelennieuws en ontwikkelingen

Slotgedachten over AI‑koelingsinnovatie

Naarmate AI industrieën blijft hervormen, drijven de enorme rekeneisen een ongekende energieconsumptie en warmteontwikkeling aan. Hier vormt het veelbelovende onderzoek naar capillaire‑aangedreven dunne‑film verdamping een cruciale stap richting het bouwen van meer energie‑efficiënte, duurzame en schaalbare AI‑infrastructuur voor de toekomst.

Met zijn hoge theoretische kritische warmteflux (CHF) biedt capillaire‑aangedreven dunne‑film verdamping in nanoporeuze membranen een veelbelovende thermisch beheerstrategie voor high‑power elektronische apparaten. De nieuwste studie ontdekte dat vezelmembranen open poriën hebben die onderling verbonden zijn, als efficiënte verdampers, waardoor snelle en uniforme vloeistoftransport via meerdere routes wordt gefaciliteerd, terwijl verstopping wordt verminderd en een gelijkmatige bevochtiging over het oppervlak wordt gegarandeerd.

Door langdurige stabiliteit te tonen, bieden de 3D vezelmembranen‑verdampers een zeer veelbelovende oplossing voor geavanceerd thermisch beheer, met efficiënte koelingsoplossingen die voldoen aan de eisen van moderne elektronische systemen.

Klik hier om alles te leren over investeren in kunstmatige intelligentie.

Geraadpleegde studies:

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