Inteligência artificial
Nova Tecnologia de Resfriamento Enfrenta a Demanda Energética em Ascensão da IA
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Uma nova tecnologia de resfriamento foi desenvolvida por engenheiros da Universidade da Califórnia, San Diego, que pode melhorar drasticamente a eficiência energética dos data centers, que são essenciais para o desenvolvimento e a implantação de IA.
Os data centers são instalações que abrigam a infraestrutura necessária para treinar e implantar modelos de IA. Isso inclui arquiteturas avançadas de computação, rede e armazenamento, bem como capacidades de energia e resfriamento para lidar com as enormes demandas de processamento de dados das cargas de trabalho de IA.
Embora os data centers tradicionais possuam muitos dos mesmos componentes de um data center de IA, incluindo servidores, sistemas de armazenamento e equipamentos de rede, seu poder de computação varia consideravelmente. Isso se deve às exigências extraordinárias de cargas de trabalho de IA de alta intensidade, que requerem unidades de processamento gráfico (GPUs) de alto desempenho.
Não só o número muito grande de GPUs necessário para casos de uso de IA requer muito mais espaço, como também demanda capacidades avançadas de energia e resfriamento.
De fato, o uso explosivo da IA e sua expansão contínua fizeram a demanda por processamento de dados disparar.
Os data centers estão projetados para ser, na verdade, um dos maiores consumidores de energia globalmente. Estimativas sugerem que o consumo de energia dos data centers pode crescer até 160% para mais de 1.000 terawatt-h (TWh), representando de 3% a 4% do consumo mundial de eletricidade até 2030.
Esse aumento é impulsionado pelos crescentes requisitos computacionais de aplicações avançadas de IA, levando a uma geração significativa de calor que requer soluções de resfriamento eficazes.
Na prática, 40% do consumo total de energia de um data center vai apenas para o resfriamento do hardware de computação de alto desempenho, especificamente GPUs e aceleradores.
Esses componentes geram muito mais calor do que CPUs tradicionais, especialmente durante o treinamento de IA e o processamento de grandes modelos de linguagem. Além disso, há a maior densidade de poder de computação nos servidores modernos de IA, o que também leva a uma maior concentração de calor, exigindo soluções de resfriamento mais eficientes.
“Os custos de resfriamento são um custo indireto significativo que os operadores devem enfrentar,” disse Rithika Thomas, analista sênior de tecnologias sustentáveis na ABI Research, cujo relatório ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ pede que os operadores adotem estratégias eficazes para manter o desempenho, a estabilidade e a vida útil dos equipamentos.
Se essa tendência continuar, o uso global de energia para resfriamento pode mais que dobrar até o final desta década, tornando crucial encontrar uma solução para esse problema.
“Estratégias de resfriamento eficazes exigem uma abordagem holística e independente de tecnologia para otimizar a Eficiência de Uso de Energia (PUE), a Eficiência de Uso de Água (WUE) e a gestão térmica, reduzindo os custos operacionais.”
– Thomas
A Insaciável Necessidade de Calor da IA Exige Soluções de Resfriamento Mais Inteligentes
O problema é que os métodos tradicionais de resfriamento baseados em ar estão se tornando cada vez mais inadequados para gerenciar as cargas de calor dos servidores modernos. Esses métodos já consomem até 45% da energia total de um data center.
Quando se trata do fluxo de calor máximo de chips avançados de CPU e GPU, ele está atualmente bem acima de 50 W/cm². Fluxo de calor ou fluxo térmico é simplesmente a taxa de energia transferida de um lugar para outro na forma de calor.
Por exemplo, o Hopper da NVIDIA, um queridinho da IA e uma microarquitetura de GPU projetada especificamente para data centers a fim de acelerar cargas de trabalho de IA e computação de alto desempenho (HPC), tem um poder de design térmico (TDP) de 700 W em um chip de 814 mm² (fluxo de calor de 86 W/cm²) para aplicações de IA.
O Hopper é o sucessor da arquitetura Ampere da NVIDIA e foi construído com mais de 80 bilhões de transistores usando o processo TSMC 4N.
Além disso, há a miniaturização dos transistores, que pode levar a uma densidade de transistores cerca de dez vezes maior no nó de 1 nm até 2030. Isso pode envolver um fluxo de calor superior a 200 W/cm², um nível que não pode ser removido de forma eficiente e econômica com resfriamento por ar. Assim, cria-se a necessidade de resfriamento líquido.
As tecnologias de resfriamento líquido não são novidade. A indústria já as adotou em seus sistemas de próxima geração para melhorar a gestão térmica e a eficiência energética.
Esse método de resfriamento realmente transfere o calor dos servidores de forma mais eficaz do que os sistemas baseados em ar, o que, por sua vez, reduz os custos de resfriamento e o desperdício de energia.
Técnicas avançadas de resfriamento líquido incluem placas frias de microcanais e resfriamento por imersão com fluidos dielétricos. Técnicas de resfriamento tradicionais, como transferência de calor de fase única ou ebulição, porém, geralmente são limitadas a fluxos de calor na faixa de 100 W/cm².
Portanto, o que precisamos são estratégias de dissipação de calor de alto desempenho. Elas precisam ser passivas, especialmente porque isso não exigiria energia adicional. Embora desejáveis, essas estratégias ainda são difíceis de alcançar.
Além disso, o resfriamento é importante não apenas para dispositivos de CPU e GPU usados em computação e IA, mas também para eletrônicos de potência, incluindo chips de diodo emissor de luz (LED), radiofrequência (RF) de alta potência, transistores de alta mobilidade eletrônica de nitreto de gálio (GaN HEMTs) e lasers de bombeamento.
Muitos desses eletrônicos têm dissipação de potência superior a 100 W/cm². Aqui, a transferência de calor por evaporação oferece uma tecnologia promissora para resfriar eletrônicos de alta potência, com várias vantagens significativas em relação aos métodos de resfriamento tradicionais.
Em comparação com sistemas de resfriamento de fase única, o grande calor latente da mudança de fase líquido‑vapor permite a remoção eficiente de calor, oferecendo melhor estabilidade e sem histerese (a dependência do estado de um sistema em sua história). Além disso, há redução nos requisitos de energia de bombeamento ao utilizar fluxo passivo impulsionado por capilaridade.
Sistemas baseados em evaporação realmente fornecem um mecanismo de transferência de calor eficiente e mais controlado, especialmente para aplicações de alta potência, ao contrário da ebulição.
Diante da gestão térmica energeticamente eficiente ser crucial para data centers, a evaporação de filme fino impulsionada por capilaridade em membranas com poros extremamente pequenos apresenta uma abordagem promissora para dissipar fluxos de calor elevados.
Nova Tecnologia de Resfriamento para Conter o Aumento da Demanda de Energia
Com a necessidade de estratégias avançadas de resfriamento críticas para conter a tendência de consumo de energia em rápido aumento no resfriamento de data centers, reduzir custos operacionais e apoiar metas de redução de carbono, engenheiros desenvolveram uma nova tecnologia de resfriamento evaporativo para data centers e eletrônicos de alta potência.
Apoiada pela National Science Foundation, esta nova técnica oferece uma alternativa promissora aos sistemas de resfriamento tradicionais, como ventiladores, bombas líquidas e dissipadores de calor, conforme detalhado1 no jornal Joule. Também poderia reduzir o consumo de água de muitos sistemas de resfriamento atuais.
A nova tecnologia apresenta uma membrana de fibra especialmente projetada que remove o calor passivamente via evaporação. A membrana de baixa filtragem usada aqui envolve uma rede de poros minúsculos e interconectados que utilizam ação capilar para puxar o líquido de resfriamento através de sua superfície.
À medida que o líquido evapora, o calor é removido eficientemente dos eletrônicos abaixo sem exigir energia extra. A membrana é colocada sobre microcanais acima dos eletrônicos, puxando o líquido que flui pelos canais e dissipando o calor de forma eficiente.
“Em comparação com o resfriamento tradicional por ar ou líquido, a evaporação pode dissipar fluxos de calor mais altos usando menos energia.”
A evaporação para resfriamento não é novidade, pois muitas aplicações como evaporadores em condicionadores de ar e tubos de calor em laptops já a utilizam. Mas aplicar o método a eletrônicos de alta potência tem sido um desafio.
Tentativas de usar membranas porosas foram malsucedidas. Membranas porosas têm áreas de superfície altas que são ideais para evaporação, mas esforços anteriores apresentaram poros muito pequenos que entupiam, ou muito grandes que provocavam ebulição indesejada, levando ao fracasso.
“Aqui, usamos membranas de fibra porosa com poros interconectados do tamanho correto,” disse Chen. Dessa forma, os engenheiros conseguiram alcançar evaporação eficiente sem essas desvantagens.
Ao testar a tecnologia em vários fluxos de calor, os pesquisadores descobriram que sua membrana estava funcionando e alcançando desempenho recorde.
A membrana suportou fluxos de calor superiores a 800 watts por centímetro quadrado (W/cm²). Este é um dos níveis mais elevados registrados para este tipo de sistema de resfriamento. Não só isso, mas também provou ser estável por várias horas de operação, destacando uma abordagem escalável e energeticamente eficiente para o resfriamento eletrônico de próxima geração.
“Este sucesso demonstra o potencial de reinventar materiais para aplicações totalmente novas.”
– Chen
Ele explicou que originalmente, os membros de fibra foram projetados para filtração. “Ninguém havia explorado previamente seu uso em evaporação,” acrescentou. No entanto, a equipe reconheceu as características estruturais distintas, que eram poros interconectados do tamanho correto, que os tornavam perfeitos para resfriamento evaporativo eficiente. Chen afirmou:
“O que nos surpreendeu foi que, com o reforço mecânico adequado, eles não apenas suportaram o alto fluxo de calor. Eles tiveram um desempenho extremamente bom sob ele.”
Além de seu desempenho térmico, as membranas de fibra são econômicas, escaláveis para fabricação e exibem tanto flexibilidade mecânica quanto resistência, destacando seu potencial para evaporação de filme fino e indicando sua utilidade para incorporação em sistemas de resfriamento eletrônico de alto fluxo, oferecendo assim uma solução robusta para a gestão térmica de próxima geração.
Os resultados são certamente promissores, mas a tecnologia ainda opera significativamente abaixo de seu limite teórico. A equipe agora está trabalhando no refinamento da membrana e na otimização de seu desempenho.
Na próxima fase, a equipe integrará sua tecnologia em protótipos de placas frias, os componentes planos que se fixam em GPUs e CPUs para dissipar calor. Quanto à comercialização da tecnologia, a equipe lançará uma startup para levá‑la ao mercado. Os Regentes da Universidade da Califórnia também registraram uma patente relacionada a este trabalho.
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Inovações de Resfriamento de Próxima Geração
Dada a ampla utilização da IA, que se projeta contribuir com trilhões de dólares para a economia mundial, há agora um foco crescente em reduzir seu consumo de energia por meio de várias estratégias.
Em maio de 2025, a gigante tecnológica Microsoft (MSFT ) divulgou um artigo que quantifica o consumo de energia e água, bem como as emissões de gases de efeito estufa (GEE) produzidas pelas técnicas de resfriamento de data centers ao longo de todo o seu ciclo de vida.
Esta avaliação do ciclo de vida avalia não apenas os recursos consumidos durante as operações dos data centers, mas também aprofunda os recursos necessários para produzir todas as máquinas virtuais, servidores, chips, sistemas de resfriamento e outros equipamentos. Esses dados, segundo a Microsoft, podem ajudar as empresas a projetar data centers que utilizem menos água, energia e carbono.
“Estamos defendendo neste artigo o uso de ferramentas de avaliação de ciclo de vida para orientar decisões de engenharia desde o início e também compartilhando a ferramenta com a indústria para facilitar a adoção.”
Falando sobre o objetivo do estudo, Alissa disse:
“O que estamos tentando fazer aqui é dizer à indústria: ‘Aqui está como construir uma avaliação de ciclo de vida de ponta a ponta que considere o resfriamento. E aqui está uma ferramenta que você pode personalizar de acordo com suas necessidades específicas e então tomar uma decisão.’”
Na verdade, o estudo durou dois anos, durante os quais eles avaliaram quatro tecnologias de resfriamento: placas frias, resfriamento por ar, imersão de fase única e imersão de duas fases para servidores.
A equipe espera que as abordagens líquidas apresentem melhor desempenho que o resfriamento por ar, que é o padrão da indústria, em termos de emissões de carbono, bem como consumo de energia e água.
Embora a Microsoft tenha instalado placas frias em seus data centers, também está explorando outras técnicas de resfriamento, como a técnica de resfriamento por placa fria em escala de rack que utiliza unidades de trocador de calor. A gigante tecnológica também está desenvolvendo uma nova tecnologia, que, segundo ela, pode reduzir o consumo de água em 30% a 50% e diminuir a demanda de energia e as emissões de GEE em cerca de 15% ao longo de todo o ciclo de vida dos data centers.
Mais recentemente, o MIT Lincoln Laboratory também desenvolveu um chip especial para avaliar opções de resfriamento para pilhas de chips embalados. Este chip único dissipa potência muito alta para gerar calor através da camada de silício e em pontos quentes específicos. Em seguida, as tecnologias de resfriamento são aplicadas à pilha, sobre a qual o chip mede as variações de temperatura.
Quando inserido em uma pilha, permitirá que os pesquisadores examinem como o calor se propaga pelas camadas da pilha e, então, meçam o progresso para mantê‑las refrigeradas.
“Se você tem apenas um chip único, pode resfriá‑lo por cima ou por baixo. Mas se começar a empilhar vários chips uns sobre os outros, o calor não tem para onde escapar. Não existem métodos de resfriamento hoje que permitam à indústria empilhar múltiplos desses chips de altíssimo desempenho.”
– O líder do estudo, Chenson Chen, do Grupo de Materiais Avançados e Microsistemas do laboratório
Investindo no Setor de IA
Um líder global em GPUs focadas em IA, a Nvidia (NVDA ) é uma empresa de infraestrutura de computação de pilha completa que opera através dos segmentos de Computação & Networking e Gráficos.
A Nvidia fez parcerias com players‑chave em semicondutores, fabricação de servidores, armazenamento de dados e software empresarial para acelerar a implantação de aplicações de IA. O fabricante de chips também está fortemente envolvido no financiamento de startups, especialmente empresas de IA como OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI e outras, para ajudar a avançar o setor.
NVIDIA Corporation (NVDA )
Quando se trata do desempenho de mercado da Nvidia, ela é uma das ações com melhor performance, registrando um impressionante ganho de 1.350% nos últimos cinco anos. No momento da redação, as ações da segunda maior empresa do mundo em capitalização de mercado, de US$ 3,5 trilhões, estão sendo negociadas acima de US$ 145, com alta de 8,33% no ano e apenas 3% abaixo de seu pico de quase US$ 150 atingido em nov. 2024.
NVDA Gráfico de preços
Ela tem um EPS (TTM) de 3,10, um P/E (TTM) de 46,86 e um ROE (TTM) de 115,46% enquanto oferece um rendimento de dividendos de 0,03%.
Em maio de 2025, a Nvidia divulgou resultados financeiros para o primeiro trimestre do exercício fiscal de 2026, durante o qual sua receita foi de US$ 44,1 bilhões.
Na área de data centers, a receita da empresa foi de US$ 39,1 bilhões. Para esse setor, a Nvidia anunciou a construção de fábricas nos EUA, introduziu o Blackwell Ultra e o Dynamo para escalar modelos de raciocínio de IA, e planeja acelerar a transição da infraestrutura de TI para fábricas de IA corporativas com os servidores RTX PRO™. Entre várias outras iniciativas, a NVIDIA AI Data Platform também foi lançada como um design de referência personalizável para cargas de trabalho de inferência de IA.
Outro grande desenvolvimento envolve o uso de 100.000 chips Nvidia para construir um novo data center de IA nos Emirados Árabes Unidos, que entrará em operação no próximo ano.
Em outra notícia empolgante, a Nvidia está supostamente trabalhando com a Foxconn de Taiwan para implantar robôs humanoides em uma nova fábrica da Foxconn que produzirá servidores de IA da Nvidia. Espera‑se que a implantação seja finalizada nos próximos meses, marcando um marco na adoção de robôs semelhantes a humanos para transformar processos de fabricação.
Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da NVIDIA Corporation (NVDA)
Considerações Finais sobre a Inovação em Resfriamento de IA
À medida que a IA continua a remodelar indústrias, suas necessidades massivas de computação estão impulsionando um consumo de energia e geração de calor sem precedentes. Aqui, a promissora pesquisa sobre evaporação de filme fino impulsionada por capilaridade representa um passo crucial rumo à construção de uma infraestrutura de IA mais eficiente em termos de energia, sustentável e escalável para o futuro.
Com seu alto fluxo crítico de calor (CHF) teórico, a evaporação de filme fino impulsionada por capilaridade em membranas nanoporous oferece uma estratégia promissora de gerenciamento térmico para dispositivos eletrônicos de alta potência. O estudo mais recente descobriu que as membranas de fibra possuem poros abertos e interconectados, atuando como evaporadores eficientes, facilitando o transporte rápido e uniforme de líquido por múltiplas rotas, ao mesmo tempo em que reduzem com sucesso o entupimento e garantem uma umidade uniforme em toda a superfície.
Ao demonstrar estabilidade a longo prazo, os evaporadores de membrana de fibra 3D oferecem uma solução altamente promissora para o gerenciamento térmico avançado, proporcionando soluções de resfriamento eficientes para atender às demandas dos sistemas eletrônicos modernos.
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Estudos Referenciados:
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
