Ny kylteknik tacklar AI:s skenande energibehov

En ny kylteknik har utvecklats av ingenjörer vid University of California, San Diego som kan drastiskt förbättra energieffektiviteten i datacenter, vilka är avgörande för AI:s utveckling och implementering.

Datacenter är anläggningar som rymmer den infrastruktur som krävs för att träna och implementera AI-modeller. Detta inkluderar avancerade beräknings-, nätverks- och lagringsarkitekturer samt energi- och kylkapacitet för att hantera de enorma databehandlingskraven från AI-arbetsbelastningar.

Medan traditionella datacenter har många av samma komponenter som ett AI-datacenter, inklusive servrar, lagringssystem och nätverksutrustning, varierar deras beräkningskraft kraftigt. Detta beror på de extraordinära kraven från högintensiva AI-arbetsbelastningar, som kräver högpresterande grafikprocessorer (GPU:er).

Inte bara kräver det mycket stora antalet GPU:er som behövs för AI-användningsfall mycket mer yta, utan de kräver också avancerad energi- och kylkapacitet.

Faktum är att den explosiva användningen av AI och dess fortsatta expansion har efterfrågan på databehandling skjutit i höjden.

Datacenter förväntas faktiskt bli bland de största energiförbrukarna globalt. Uppskattningar antyder att energiförbrukningen i datacenter kan öka med upp till 160 % till över 1 000 terawattimmar (TWh), vilket motsvarar 3 % till 4 % av världens elförbrukning år 2030.

Denna ökning drivs av de ökande beräkningskraven från avancerade AI-applikationer, vilket leder till betydande värmeutveckling som kräver effektiva kylningslösningar.

Faktum är att 40 % av ett datacenters totala energianvändning går enbart till att kyla den högpresterande beräkningsutrustningen, specifikt GPU:er och acceleratorer.

Dessa komponenter genererar mycket mer värme än traditionella CPU:er, särskilt under AI-träning och bearbetning av stora språkmodeller. Dessutom finns den ökade densiteten av beräkningskraft i moderna AI-servrar, vilket också leder till högre värmekoncentration och kräver mer effektiva kylningslösningar.

“Kylkostnader är en betydande omkostnad som operatörer måste hantera,” sade Rithika Thomas, senioranalytiker för hållbara teknologier på ABI Research, vars rapport ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ uppmanar operatörer att anta effektiva strategier för att upprätthålla prestanda, stabilitet och utrustningens livslängd.

Om denna trend fortsätter kan den globala energianvändningen för kylning mer än fördubblas till slutet av detta decennium, vilket gör det avgörande att hitta en lösning på detta problem.

“Effektiva kylstrategier kräver ett holistiskt, teknikoberoende tillvägagångssätt för att optimera Power Usage Effectiveness (PUE), Water Usage Effectiveness (WUE) och termisk hantering samt minska driftskostnaderna.”

– Thomas

AI:s omättliga värmebehov kräver smartare kylningslösningar

Problemet är att traditionella luftbaserade kylmetoder blir alltmer otillräckliga för att hantera värmelasten från moderna servrar. Dessa metoder förbrukar redan upp till 45 % av ett datacenters totala energi.

När det gäller den maximala värmeflödet från avancerade CPU- och GPU-chip är det för närvarande väl över 50 W/cm². Värmeflöde eller termiskt flöde är helt enkelt hastigheten för energi som överförs från en plats till en annan i form av värme.

Till exempel har NVIDIAs Hopper, en AI-favorit och en GPU-mikroarkitektur specifikt designad för datacenter för att accelerera AI- och högpresterande beräkningsarbetsbelastningar (HPC), en termisk designeffekt (TDP) på 700 W på ett chip på 814 mm² (86 W/cm² värmeflöde) för AI-applikationer.

Hopper är NVIDIAs efterträdare till Ampere-arkitekturen och är byggd med över 80 miljarder transistorer med TSMC 4N-processen.

Sedan finns miniaturiseringen av transistorerna, vilket kan leda till ungefär tio gånger högre transistordensitet i 1 nm-noden år 2030. Detta kan innebära över 200 W/cm² värmeflöde, en nivå som inte kan avlägsnas effektivt och kostnadseffektivt med luftkylning. Därför skapas ett behov av vätskekylning.

Vätskekylningstekniker är inte nya. Branschen har redan antagit dem för sina nästa generations system för att förbättra termisk hantering och energieffektivitet.

Denna kylmetod överför faktiskt värmen från servrar mer effektivt än luftbaserade system, vilket i sin tur minskar kylkostnader och energispill.

Avancerade vätskekylningstekniker inkluderar mikrokanal-kylplattor och nedsänkning med dielektriska vätskor. Traditionella kyltekniker, såsom enkelfas- eller kokningsvärmeöverföring, är dock vanligtvis begränsade till värmeflöden i intervallet 100 W/cm².

Så vad vi behöver är högpresterande värmeavledningsstrategier. De måste vara passiva, särskilt eftersom det skulle kräva ingen extra kraft. Även om de är önskvärda förblir dessa strategier svåra att uppnå.

Sedan finns faktum att kylning är viktig inte bara för CPU- och GPU-enheter som används för beräkning och AI utan också för kraftelektronik inklusive lysdiod (LED)-chip, hög effekt radiofrekvens (RF), galliumnitrat (GaN) högelektronmobilitetstransistorer (HEMT) och pump-lasrar.

Många av dessa elektronik har effektavledning över 100 W/cm². Här erbjuder avdunstningsvärmeöverföring en lovande teknik för kylning av hög effekt-elektronik, med flera betydande fördelar jämfört med traditionella kylmetoder.

Jämfört med enkelfas-kylsystem möjliggör den stora latenta värmen vid vätske‑ånga-fasövergången effektiv värmeavlägsning samtidigt som den erbjuder bättre stabilitet och ingen hysteresis (systemets beroende av dess historik). Dessutom minskar kraven på pumpkraft när passiv kapillärdriven flöde utnyttjas.

Avdunstningsbaserade system ger faktiskt en effektiv och mer kontrollerad värmeöverföringsmekanism, särskilt för hög effekt‑applikationer, till skillnad från kokning.

Med tanke på att energieffektiv termisk hantering är avgörande för datacenter, erbjuder kapillärdriven tunnfilmavdunstning i membran med extremt små porer ett lovande tillvägagångssätt för att avleda höga värmeflöden.

Klicka här för att lära dig hur AI kan hjälpa till att hålla koll på den ökande energiefterfrågan bland AI-datacenter.

Ny kylteknik för att dämpa ökande energibehov

Med behovet av avancerade kylstrategier som är kritiska för att dämpa den snabbt ökande energiförbrukningen i datacenters kylning, minska driftskostnader och stödja mål för koldioxidreduktion, har ingenjörer utvecklat en ny avdunstningskylningsteknik för datacenter och högpresterande elektronik.

Stödd av National Science Foundation erbjuder denna nya teknik ett lovande alternativ till traditionella kylsystem, såsom fläktar, vätskepumpar och kylflänsar, som detaljerad¹ i tidskriften Joule. Den kan också minska vattenförbrukningen i många nuvarande kylsystem.

Den nya tekniken har ett speciellt designat fibrermembran som passivt avlägsnar värme via avdunstning. Det lågfiltrerade membranet som används här innefattar ett nätverk av små, sammankopplade porer som använder kapillär verkan för att dra in kylvätska över dess yta.

När vätskan avdunstar avlägsnas värmen effektivt från elektroniken nedanför utan att kräva extra energi. Membranet placeras ovanpå mikrokanaler över elektroniken, drar in vätska som flödar genom kanalerna och avleder värmen effektivt.

Enligt studiens medledare, Renkun Chen, professor i institutionen för maskin- och rymdteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering:

“Jämfört med traditionell luft- eller vätskekylning kan avdunstning avleda högre värmeflöde samtidigt som den använder mindre energi.” 

Avdunstning för kylning är inte ny, eftersom många tillämpningar såsom avdunstare i luftkonditioneringar och värmeledningar i bärbara datorer redan använder den. Men att tillämpa metoden på hög effekt‑elektronik har varit en utmaning.

Försök att använda porösa membran har varit misslyckade. Porösa membran har stora ytor som är idealiska för avdunstning, men tidigare försök hade antingen för små porer som täppte till, eller för stora som utlöst oönskad kokning, vilket ledde till misslyckande.

“Här använder vi porösa fibrermembran med sammankopplade porer av rätt storlek,” sade Chen. På så sätt kunde ingenjörerna uppnå effektiv avdunstning utan dessa nackdelar.

Vid testning av tekniken över olika värmeflöden fann forskarna att deras membran fungerade och uppnådde rekordbrytande prestanda.

Membranet hanterade värmeflöden som översteg 800 watt per kvadratcentimeter (W/cm²). Detta är en av de högsta nivåerna som registrerats för denna typ av kylsystem. Inte bara det, utan det visade sig också vara stabilt under flera timmars drift, vilket framhäver ett skalbart och energieffektivt tillvägagångssätt för nästa generations elektronikkylning.

“Denna framgång visar potentialen i att omvärdera material för helt nya tillämpningar.”

– Chen

Han förklarade att fiberkomponenterna ursprungligen designades för filtrering. “Ingen hade tidigare utforskat deras användning i avdunstning,” tillade han. Teamet erkände dock de distinkta strukturella egenskaperna, som var sammankopplade porer av rätt storlek, som gjorde dem perfekta för effektiv avdunstningskylning. Chen uttalade:

“Det som överraskade oss var att, med rätt mekanisk förstärkning, de inte bara stod emot det höga värmeflödet. De presterade extremt bra under det.”

Förutom deras termiska prestanda är fibrermembranen kostnadseffektiva, skalbara för tillverkning och uppvisar både mekanisk flexibilitet och styrka, vilket understryker deras potential för tunnfilmavdunstning och indikerar deras användbarhet för integration i högflödes elektronikkylsystem, och därmed erbjuder en robust lösning för nästa generations termiska hantering.

Resultaten är definitivt lovande, men tekniken fungerar fortfarande betydligt under sin teoretiska gräns. Teamet arbetar nu med att förfina membranet och optimera dess prestanda.

I nästa fas kommer teamet att integrera sin teknik i prototyper av kylplattor, de plana komponenterna som fästs på GPU:er och CPU:er för att avleda värme. När det gäller kommersialisering av tekniken kommer teamet att starta ett företag för att ta den till marknaden. Regents of the University of California har också lämnat in ett patent relaterat till detta arbete.

Klicka här för att lära dig om den nya chippen som kommer att minska LLM:s energianvändning med 50 %.

Kylinnovationer för nästa generation

Med tanke på den omfattande användningen av AI, som förväntas bidra med biljoner dollar till världsekonomin, finns det nu ett växande fokus på att minska dess energianvändning genom olika metoder.

I maj 2025 släppte teknikjätten Microsoft (MSFT ) en rapport som kvantifierar energi- och vattenförbrukning, samt växthusgasutsläpp (GHG) som produceras av datacenterkylningstekniker under hela deras livscykel.

Denna livscykelbedömning utvärderar inte bara resurserna som förbrukas under datacenterdrift utan går också på djupet i de resurser som krävs för att producera alla virtuella maskiner, servrar, chip, kylning och annan utrustning. Enligt Microsoft kan dessa data hjälpa företag att designa datacenter som använder mindre vatten, energi och koldioxid.

Enligt studielederen Husam Alissa, som är director of systems technology i Cloud Operations and Innovation på Microsoft:

“Vi förespråkar i denna rapport användning av livscykelbedömningsverktyg för att tidigt vägleda ingenjörsbeslut och delar även verktyget med branschen för att underlätta antagandet.”

När han talade om studiens syfte sade Alissa:

“Det vi försöker göra här är att tala till branschen: ‘Här är hur du bygger en end‑to‑end livscykelbedömning som tar hänsyn till kylning. Och här är ett verktyg för dig som du kan anpassa efter dina specifika behov och sedan fatta ett beslut.’”

Deras studie tog faktiskt två år, under vilka de utvärderade fyra kyltekniker, nämligen kylplattor, luftkylning, enkelfas‑nedsänkning och tvåfas‑nedsänkning för servrar.

Teamet förväntar sig att vätskelösningarna kommer att prestera bättre än luftkylning, som är branschstandard, när det gäller koldioxidutsläpp samt energi- och vattenförbrukning.

Medan Microsoft har installerat kylplattor i sina datacenter utforskar de också andra kyltekniker, såsom rack‑scale kylplattsteknik som använder värmeväxlare. Teknikjätten utvecklar också en ny teknik som, enligt dem, kan minska vattenförbrukningen med 30 % till 50 % och sänka energibehovet samt GHG-utsläpp med cirka 15 % under hela datacenterns livscykel.

Senast har MIT Lincoln Laboratory också utvecklat ett specialchip för att utvärdera kylalternativ för paketerade chipstackar. Detta unika chip avleder mycket hög effekt för att producera värme via silikonskiktet och i specifika heta punkter. Därefter appliceras kyltekniker på stacken, varpå chipet mäter temperaturförändringar.

När det placeras i en stack kommer det att låta forskare undersöka hur värme färdas genom stackens lager och sedan mäta utvecklingen för att hålla dem svala.

“Om du bara har ett enda chip kan du kyla det ovanifrån eller nedifrån. Men om du börjar stapla flera chip ovanpå varandra har värmen ingenstans att ta vägen. Inga kylmetoder finns idag som tillåter industrin att stapla flera av dessa riktigt högpresterande chip.”

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

Investering i AI-sektorn

En global ledare inom AI‑fokuserade GPU:er, Nvidia (NVDA ) är ett full‑stack datainfrastrukturföretag som verkar genom Compute & Networking och Graphics‑segmenten.

Nvidia har samarbetat med nyckelaktörer inom halvledare, servertillverkning, datalagring och företagsprogramvara för att påskynda implementeringen av AI‑applikationer. Chipstillverkaren är också starkt involverad i finansiering av startups, särskilt AI‑företag som OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI och andra för att hjälpa till att driva sektorn framåt.

NVIDIA Corporation

När det gäller Nvidias marknadsresultat är det en av de bäst presterande aktierna, med en häpnadsväckande uppgång på 1 350 % under de senaste fem åren. Vid skrivande stund handlas aktierna i världens näst största företag med ett börsvärde på 3,5 triljon dollar över 145 $, upp 8,33 % YTD och endast 3 % under sin topp på nästan 150 $ som nåddes i november 2024.

Den har ett EPS (TTM) på 3,10, ett P/E (TTM) på 46,86 och ett ROE (TTM) på 115,46 % samtidigt som den erbjuder en utdelningsavkastning på 0,03 %.

I maj 2025 rapporterade Nvidia finansiella resultat för första kvartalet av räkenskapsåret 2026, under vilket dess intäkter var 44,1 miljarder dollar.

Inom datacenterområdet var företagets intäkter 39,1 miljarder dollar. För denna sektor meddelade Nvidia att de bygger fabriker i USA, introducerade Blackwell Ultra och Dynamo för att skala AI‑resonemangsmodeller, och planerar att påskynda övergången av IT‑infrastruktur till företags‑AI‑fabriker med RTX PRO™‑servrar. Bland flera andra initiativ lanserades även NVIDIA AI Data Platform som en anpassningsbar referensdesign för AI‑inference‑arbetsbelastningar.

En annan stor utveckling innebär användningen av 100 000 Nvidia‑chip för att bygga ett nytt AI‑datacenter i Förenade Arabemiraten, som kommer att tas i drift nästa år.

I en annan spännande nyhet är Nvidia rapporterat att arbeta med Taiwans Foxconn för att distribuera humanoida robotar i en ny Foxconn‑fabrik som kommer att producera Nvidia AI‑servrar. Förväntas slutföras inom de kommande månaderna, skulle implementeringen markera ett milstolpe i antagandet av människoliknande robotar för att transformera tillverkningsprocesser.

Senaste nyheter och utveckling för NVIDIA Corporation (NVDA)-aktien

Avslutande tankar om AI‑kylinnovation

När AI fortsätter att omforma industrier driver dess enorma beräkningsbehov en oöverträffad energiförbrukning och värmeutveckling. Här representerar den lovande forskningen om kapillärdriven tunnfilmavdunstning ett avgörande steg mot att bygga mer energieffektiv, hållbar och skalbar AI‑infrastruktur för framtiden.

Med sin höga teoretiska kritiska värmeflöde (CHF) erbjuder kapillärdriven tunnfilmavdunstning i nanoporous membran en lovande strategi för termisk hantering av högpresterande elektroniska enheter. Den senaste studien fann att fibrermembran har öppna porer som är sammankopplade, som effektiva avdunstare, vilket möjliggör snabb och jämn vätsketransport genom flera vägar samtidigt som de framgångsrikt minskar igensättning och säkerställer jämn fuktning över ytan.

Genom att visa långsiktig stabilitet erbjuder 3D‑fibrermembran‑avdunstare en mycket lovande lösning för avancerad termisk hantering, vilket ger effektiva kylningslösningar för att möta kraven från moderna elektroniska system.

Klicka här för att lära dig allt om investeringar i artificiell intelligens.

Studier som refereras:

1. Feng, T.; Pei, Y.; Zhang, H.; Asai, B.; Dong, G.; Joshi, A.; Saha, A.; Cai, S.; Chen, R. Högflödes och stabil tunnfilmavdunstning från fibrermembran med sammankopplade porer. Joule 2025, 9 (6), 101975. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975