Ny kjøleteknologi takler AI‑s skyhøye energibehov

En ny kjøleteknologi har blitt utviklet av ingeniører ved University of California, San Diego som kan drastisk forbedre energieffektiviteten i datasentre, som er avgjørende for AI‑utvikling og -implementering.

Datasentre er fasiliteter som huser infrastrukturen som kreves for å trene og implementere AI‑modeller. Dette inkluderer avanserte beregnings‑, nettverks‑ og lagringsarkitekturer samt energi‑ og kjølekapasiteter for å håndtere de enorme databehandlingskravene fra AI‑arbeidsbelastninger.

Selv om tradisjonelle datasentre har mange av de samme komponentene som et AI‑datasenter, inkludert servere, lagringssystemer og nettverksutstyr, varierer deres beregningskraft kraftig. Dette skyldes de ekstraordinære kravene fra høyintensiv AI‑arbeidsbelastning, som krever høyytelses grafikkprosesseringsenheter (GPU‑er).

Ikke bare krever det svært store antallet GPU‑er som er nødvendig for AI‑brukstilfeller mye mer plass, men de krever også avanserte energi‑ og kjøleløsninger.

Faktisk har den eksplosive bruken av AI og dens fortsatte ekspansjon fått etterspørselen etter databehandling til å skyte i været.

Datasentre er faktisk forventet å bli blant de største energiforbrukerne globalt. Estimater antyder at energiforbruket i datasentre kan vokse med opptil 160 % til over 1 000 terawatt‑timer (TWh), og utgjøre 3 % til 4 % av verdens elektrisitetsforbruk innen 2030.

Denne økningen drives av de økende beregningskravene fra avanserte AI‑applikasjoner, som fører til betydelig varmegenerering som krever effektive kjøleløsninger.

Faktisk går 40 % av et datasenters totale energiforbruk kun til kjøling av høyytelses‑datamaskinvare, spesielt GPU‑er og akseleratorer.

Disse komponentene genererer mye mer varme enn tradisjonelle CPU‑er, spesielt under AI‑trening og behandling av store språkmodeller. I tillegg er det økt tetthet av beregningskraft i moderne AI‑servere, noe som også fører til høyere varmekonsentrasjon og krever mer effektive kjøleløsninger.

«Kjølekostnader er en betydelig overhead‑kostnad som operatører må håndtere», sa Rithika Thomas, senioranalytiker for bærekraftig teknologi hos ABI Research, hvis rapport «Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres» oppfordrer operatører til å ta i bruk effektive strategier for å opprettholde ytelse, stabilitet og utstyrslivslengde.

Hvis denne trenden fortsetter, kan det globale energiforbruket til kjøling mer enn dobles innen slutten av dette tiåret, noe som gjør det avgjørende å finne en løsning på dette problemet.

«Effektive kjølestrategier krever en helhetlig, teknologiuavhengig tilnærming for å optimalisere Power Usage Effectiveness (PUE), Water Usage Effectiveness (WUE) og termisk styring, samt redusere driftskostnader.»

– Thomas

AI‑s umettelige varmekrav trenger smartere kjøleløsninger

Problemet er at tradisjonelle luftbaserte kjølemetoder blir stadig mer utilstrekkelige for å håndtere varmelastene fra moderne servere. Disse metodene bruker allerede opptil 45 % av et datasenters totale energi.

Når det gjelder maksimal varmestrøm fra avanserte CPU‑ og GPU‑brikker, ligger den nå godt over 50 W/cm². Varmestrøm eller termisk strøm er ganske enkelt hastigheten på energi som overføres fra ett sted til et annet i form av varme.

For eksempel har NVIDIAs Hopper, en AI‑favoritt og en GPU‑mikroarkitektur spesielt designet for datasentre for å akselerere AI‑ og høyytelses‑databehandlings‑ (HPC) arbeidsbelastninger, en termisk designeffekt (TDP) på 700 W på en chip på 814 mm² (86 W/cm² varmestrøm) for AI‑applikasjoner.

Hopper er NVIDIAs etterfølger til Ampere‑arkitekturen og er bygget med over 80 milliarder transistorer ved bruk av TSMC 4N‑prosessen.

Deretter er det miniaturiseringen av transistorene, som kan føre til omtrent ti ganger høyere transistor‑tetthet i 1 nm‑noden innen 2030. Dette kan innebære over 200 W cm⁻² varmestrøm, et nivå som ikke kan fjernes effektivt og kostnadseffektivt med luftkjøling. Dermed skapes et behov for væskekjøling.

Væskekjølingsteknologier er ikke noe nytt. Industrien har allerede tatt dem i bruk for sine neste‑generasjons‑systemer for å forbedre termisk styring og energieffektivitet.

Denne kjølemetoden overfører faktisk varmen bort fra servere mer effektivt enn luftbaserte systemer, noe som igjen reduserer kjølekostnader og energitap.

Avanserte væskekjølingsteknikker inkluderer mikrokanal‑kjøleplater og nedsenkningskjøling med dielektriske væsker. Tradisjonelle kjøleteknikker, som enkelt‑fase eller koking av varmetransport, er imidlertid vanligvis begrenset til varmestrømmer i området 100 W/cm².

Så det vi trenger er høyytelses‑varmeavledningsstrategier. De må være passive, spesielt siden det ikke vil kreve ekstra strøm. Selv om de er ønskelige, forblir disse strategiene vanskelige å oppnå.

Deretter er det faktum at kjøling er viktig ikke bare for CPU‑ og GPU‑enheter som brukes til beregning og AI, men også for kraft‑elektronikk inkludert lysdiode‑ (LED‑) brikker, høy‑effekt radiofrekvens‑ (RF‑) komponenter, gallium‑nitrat‑ (GaN‑) høy‑elektron‑mobilitets‑transistorer (HEMT‑er) og pumpelaser.

Mange av disse elektronikkene har effektavledning over 100 W/cm². Her tilbyr fordampningsvarmetransport en lovende teknologi for kjøling av høy‑effekt‑elektronikk, med flere betydelige fordeler sammenlignet med tradisjonelle kjølemetoder.

Sammenlignet med enkelt‑fase kjølesystemer tillater den store latente varmen ved væske‑damp‑faseovergang effektiv varmetrykk mens den gir bedre stabilitet og ingen hysterese (avhengigheten av et systems tilstand fra dets historie). I tillegg er pumpeeffektkravene reduserte når man bruker passiv kapillær‑drevet strømning.

Fordampningsbaserte systemer gir faktisk en effektiv og mer kontrollert varmetransportmekanisme, spesielt for høy‑effekt‑applikasjoner, i motsetning til koking.

I møte med at energieffektiv termisk styring er avgjørende for datasentre, presenterer kapillær‑drevet tynnfilm‑fordampning i membraner med ekstremt små porer en lovende tilnærming for å avlede høye varmestrømmer.

Klikk her for å lære hvordan AI kan bidra til å holde oversikt over den økende energietterspørselen i AI‑datasentre.

Ny kjøleteknologi for å dempe økende energibehov

Med behovet for avanserte kjølestrategier som er kritiske for å dempe den raskt økende energiforbruket i datasenterkjøling, redusere driftskostnader og støtte karbonreduksjonsmål, har ingeniører utviklet en ny fordampningskjøleteknologi for datasentre og høy‑effekt‑elektronikk.

Støttet av National Science Foundation tilbyr denne nye teknikken et lovende alternativ til tradisjonelle kjølesystemer, som vifter, væskepumper og kjøleribber, som detaljert¹ i tidsskriftet Joule. Det kan også redusere vannforbruket i mange nåværende kjølesystemer.

Den nye teknologien har en spesialdesignet fibermembran som passivt fjerner varme via fordampning. Den lavfiltrerende membranen som brukes her inneholder et nettverk av små, sammenkoblede porer som bruker kapillærkraft til å trekke inn kjølevæske over overflaten.

Når væsken fordamper, fjernes varmen effektivt fra elektronikken under uten å kreve ekstra energi. Membranen er plassert over mikrokanaler over elektronikken, og trekker væske som strømmer gjennom kanalene og effektivt avleder varmen.

«Sammenlignet med tradisjonell luft‑ eller væskekjøling kan fordampning avlede høyere varmestrøm mens den bruker mindre energi.»

Fordampning for kjøling er ikke noe nytt, da mange applikasjoner som fordamper i klimaanlegg og varmerør i bærbare datamaskiner allerede bruker det. Men å anvende metoden på høy‑effekt‑elektronikk har vært en utfordring.

Forsøk på å bruke porøse membraner har vært mislykkede. Porøse membraner har høye overflatearealer som er ideelle for fordampning, men tidligere forsøk hadde enten for små porer som ville tette, eller for store som utløste uønsket koking, noe som førte til feil.

«Her bruker vi porøse fibermembraner med sammenkoblede porer i riktig størrelse», sa Chen. På denne måten klarte ingeniørene å oppnå effektiv fordampning uten disse ulempene.

Etter å ha testet teknologien over ulike varmestrømmer, fant forskerne at membranen fungerte og oppnådde rekordbrytende ytelse.

Membranen håndterte varmestrømmer som oversteg 800 watt per kvadratcentimeter (W/cm²). Dette er et av de høyeste nivåene som er registrert for denne typen kjølesystem. Ikke bare det, men den viste også stabilitet over flere timers drift, noe som fremhever en skalerbar og energieffektiv tilnærming til neste generasjons elektronikkkjøling.

«Denne suksessen viser potensialet i å tenke materialer på nytt for helt nye anvendelser.»

– Chen

Han forklarte at fiberkomponentene opprinnelig var designet for filtrering. «Ingen hadde tidligere utforsket deres bruk i fordampning», la han til. Imidlertid anerkjente teamet de særskilte strukturelle egenskapene, som var sammenkoblede porer i riktig størrelse, som gjorde dem perfekte for effektiv fordampningskjøling. Chen uttalte:

«Det som overrasket oss var at, med riktig mekanisk forsterkning, de ikke bare tålet den høye varmestrømmen. De presterte ekstremt bra under den.»

I tillegg til deres termiske ytelse er fibermembranene kostnadseffektive, skalerbare for produksjon, og viser både mekanisk fleksibilitet og styrke, noe som fremhever deres potensial for tynnfilm‑fordampning og indikerer deres nytteverdi for integrering i høy‑flux elektronikkkjølingssystemer, og dermed tilbyr en robust løsning for neste generasjons termisk styring.

Resultatene er definitivt lovende, men teknologien opererer fortsatt betydelig under sitt teoretiske tak. Teamet jobber nå med å finjustere membranen og optimalisere ytelsen.

I neste fase vil teamet integrere teknologien i prototyper av kjøleplater, de flate komponentene som festes til GPU‑er og CPU‑er for å avlede varme. Når det gjelder kommersialisering av teknologien, vil teamet lansere en oppstartsbedrift for å bringe den til markedet. Regents of the University of California har også innlevert et patent relatert til dette arbeidet.

Klikk her for å lære om den nye brikken som vil redusere LLM‑strømforbruket med 50 %.

Neste generasjons kjøleinnovasjoner

Gitt den omfattende bruken av AI, som forventes å bidra med billioner av dollar til verdensøkonomien, er det nå et økende fokus på å redusere energiforbruket gjennom ulike metoder.

I mai 2025 publiserte teknologigiganten Microsoft (MSFT ) et papir som kvantifiserer energi‑ og vannforbruket, samt klimagass‑ (GHG‑) utslippene som produseres av datasenterkjølingsteknikker gjennom hele deres levetid.

Denne livssyklusanalyse vurderer ikke bare ressursene som forbrukes under datasenterdrift, men går også i dybden på ressursene som kreves for å produsere alle de virtuelle maskinene, serverne, brikkene, kjølingen og annet utstyr. Disse dataene, ifølge Microsoft, kan hjelpe selskaper med å designe datasentre som bruker mindre vann, energi og karbon.

«Vi argumenterer i dette papiret for bruk av livssyklusanalyserverktøy for å veilede ingeniørbeslutninger tidlig, og vi deler også verktøyet med industrien for å gjøre adopsjon enklere.»

Om formålet med studien, sa Alissa:

«Det vi prøver å gjøre her er å fortelle industrien: ‘Her er hvordan du bygger en ende‑til‑ende livssyklusanalyse som tar kjøling i betraktning. Og her er et verktøy for deg som du kan tilpasse til dine spesifikke behov og deretter ta en beslutning.’

Studien deres tok faktisk to år, i løpet av hvilke de evaluerte fire kjøleteknologier, nemlig kjøleplater, luftkjøling, én‑fase nedsenking og to‑fase nedsenking for servere.

Teamet forventer at væskebaserte tilnærminger vil prestere bedre enn luftkjøling, som er industristandarden, når det gjelder karbonutslipp, samt energi‑ og vannforbruk.

Mens Microsoft har installert kjøleplater i sine datasentre, utforsker de også andre kjøleteknikker, som rack‑skala kjøleplate‑kjøling som bruker varmeveksler‑enheter. Teknologigiganten utvikler også en ny teknologi som, ifølge dem, kan redusere vannforbruket med 30 % til 50 % og senke energibehovet og GHG‑utslippene med omtrent 15 % gjennom hele datasentrenes levetid.

Nylig har også MIT Lincoln Laboratory utviklet en spesiell brikke for å vurdere kjølingsalternativer for pakkede chip‑stabler. Denne unike brikken avleder svært høy effekt for å generere varme via silisiumlaget og i spesifikke varme punkter. Deretter påføres kjøleteknologier på stabelen, og brikken måler temperaturendringer.

Når den settes inn i en stabel, vil den tillate forskere å undersøke hvordan varmen beveger seg gjennom lagene i stabelen og deretter måle fremdriften for å holde dem kjølige.

«Hvis du bare har en enkelt brikke, kan du kjøle den fra oven eller neden. Men hvis du begynner å stable flere brikker oppå hverandre, har varmen ingen vei ut. Ingen kjølemetoder eksisterer i dag som gjør det mulig for industrien å stable flere av disse virkelig høy‑ytelses‑brikkene.»

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

Investering i AI‑sektoren

En global leder innen AI‑fokuserte GPU‑er, Nvidia (NVDA ) er et full‑stack datainfrastruktur‑selskap som opererer gjennom Compute & Networking‑ og Graphics‑segmentene.

Nvidia har inngått partnerskap med nøkkelaktører innen halvledere, serverproduksjon, datalagring og bedriftsprogramvare for å akselerere utrullingen av AI‑applikasjoner. Chipprodusenten er også sterkt involvert i finansiering av oppstartsbedrifter, spesielt AI‑selskaper som OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI og andre for å hjelpe sektoren fremover.

NVIDIA Corporation (NVDA )

Når det gjelder NVIDIAs markedsytelse, er den en av de best‑presterende aksjene, med en svimlende 1 350 % gevinst de siste fem årene. På tidspunktet for skrivingen handles aksjene i verdens nest største selskap etter markedsverdi på 3,5 billioner dollar over $145, opp 8,33 % år‑til‑dato og kun 3 % under sitt toppnivå på nesten $150 som ble nådd 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 % samtidig som den tilbyr en utbytteavkastning på 0,03 %.

I mai 2025 rapporterte Nvidia finansresultatene for første kvartal av regnskapsåret 2026, hvor inntektene var $44,1 milliarder.

Innen datasenterområdet var selskapets inntekter $39,1 milliarder. For denne sektoren kunngjorde Nvidia bygging av fabrikker i USA, introduserte Blackwell Ultra og Dynamo for skalering av AI‑resoneringsmodeller, og planlegger å fremskynde overgangen av IT‑infrastruktur til bedrifts‑AI‑fabrikker med RTX PRO™‑servere. Blant flere andre initiativer ble også NVIDIA AI Data Platform introdusert som et tilpassbart referansedesign for AI‑inference‑arbeidsbelastninger.

En annen stor utvikling innebærer bruk av 100 000 Nvidia‑brikker for å bygge et nytt AI‑datasenter i De forente arabiske emirater, som vil tas i drift neste år.

I en annen spennende nyhet er Nvidia ifølge rapporter i samarbeid med Taiwans Foxconn for å distribuere humanoide roboter ved en ny Foxconn‑fabrikk som skal produsere Nvidia AI‑servere. Forventet å bli fullført i løpet av de kommende månedene, vil implementeringen markere et milepæl i adopsjonen av menneskelignende roboter for å transformere produksjonsprosesser.

Siste nyheter og utviklinger for NVIDIA Corporation (NVDA) aksjen

Avsluttende tanker om AI‑kjøleinnovasjon

Etter hvert som AI fortsetter å omforme bransjer, driver dens enorme beregningsbehov en enestående energiforbruk og varmegenerering. Her representerer den lovende forskningen på kapillær‑drevet tynnfilm‑fordampning et avgjørende steg mot å bygge mer energieffektiv, bærekraftig og skalerbar AI‑infrastruktur for fremtiden.

Med sin høye teoretiske kritiske varmestrøm (CHF) tilbyr kapillær‑drevet tynnfilm‑fordampning i nanoporous membraner en lovende termisk styringsstrategi for høy‑effekt‑elektroniske enheter. Den siste studien fant at fibermembraner har åpne porer som er sammenkoblede, som effektive fordampere, og muliggjør rask og jevn væsketransport gjennom flere ruter samtidig som de reduserer tilstopping og sikrer jevn fuktighet over overflaten.

Ved å demonstrere langsiktig stabilitet tilbyr 3D‑fibermembran‑fordampere en svært lovende løsning for avansert termisk styring, og gir effektive kjøleløsninger som møter kravene til moderne elektroniske systemer.

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.

Studier referert til:

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