Yeni Soğutma Teknolojisi, AI’nın Yükselen Enerji Taleplerine Çözüm Sunuyor

Kaliforniya Üniversitesi, San Diego’daki mühendisler tarafından geliştirilen yeni bir soğutma teknolojisi, AI geliştirme ve dağıtımı için kritik olan veri merkezlerinin enerji verimliliğini büyük ölçüde artırabilir.

Veri merkezleri, AI modellerini eğitmek ve dağıtmak için gerekli altyapıyı barındıran tesislerdir. Bu, gelişmiş hesaplama, ağ ve depolama mimarileri yanı sıra AI iş yüklerinin büyük veri işleme taleplerini karşılamak için enerji ve soğutma kapasitelerini içerir.

Geleneksel veri merkezleri, sunucular, depolama sistemleri ve ağ ekipmanları gibi birçok aynı bileşene sahip olsa da, hesaplama güçleri büyük ölçüde değişir. Bu, yüksek yoğunluklu AI iş yüklerinin olağanüstü taleplerinden kaynaklanmakta ve yüksek performanslı grafik işleme birimlerine (GPU’lar) ihtiyaç duyar.

AI kullanım durumları için gereken çok sayıda GPU sadece daha büyük bir alan gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda gelişmiş enerji ve soğutma kapasiteleri de ister.

Aslında, AI’nın patlayıcı kullanımı ve sürekli genişlemesi, veri işleme talebinin gökyüzüne çıkmasına neden oldu.

Veri merkezlerinin, küresel ölçekte en büyük enerji tüketicileri arasında yer alması öngörülmektedir. Tahminler, veri merkezi enerji tüketiminin 2030 yılına kadar %160’a kadar artarak 1.000 teravat-saat (TWh) üzerine çıkabileceğini ve dünya elektrik tüketiminin %3‑%4’ünü oluşturabileceğini gösteriyor.

Bu artış, gelişmiş AI uygulamalarının artan hesaplama gereksinimlerinden kaynaklanmakta ve önemli ısı üretimine yol açarak etkili soğutma çözümlerini zorunlu kılıyor. 

Gerçek şu ki, bir veri merkezinin toplam enerji tüketiminin %40’ı sadece yüksek performanslı bilgi işlem donanımını, özellikle GPU’ları ve hızlandırıcıları soğutmaya harcanıyor. 

Bu bileşenler, özellikle AI eğitimi ve büyük dil modeli işleme sırasında geleneksel CPU’lara göre çok daha fazla ısı üretir. Ayrıca modern AI sunucularındaki artan hesaplama yoğunluğu, daha yüksek ısı yoğunluğuna yol açarak daha verimli soğutma çözümlerini gerektirir. 

“Soğutma maliyetleri, işletmelerin karşılaşması gereken önemli bir genel giderdir,” dedi ABI Research’te sürdürülebilir teknolojilerden sorumlu kıdemli analist Rithika Thomas, ‘Chilling Out: Cooling Systems for Data Centres’ raporu, işletmelerin performans, istikrar ve ekipman ömrünü korumak için etkili stratejiler benimsemeleri gerektiğini belirtiyor.

Bu trend devam ederse, soğutma için küresel enerji kullanımı bu on yılın sonuna kadar iki katından fazla artabilir ve bu soruna bir çözüm bulmak hayati önem kazanır.

“Etkili soğutma stratejileri, Güç Kullanım Etkinliği (PUE), Su Kullanım Etkinliği (WUE) ve termal yönetimi optimize etmek ve işletme maliyetlerini azaltmak için bütünsel, teknoloji bağımsız bir yaklaşım gerektirir.”

– Thomas

AI’nın Doyumsuz Isı İhtiyacı Daha Akıllı Soğutma Çözümleri

Sorun, geleneksel hava tabanlı soğutma yöntemlerinin modern sunucuların ısı yüklerini yönetmekte giderek yetersiz hale gelmesidir. Bu yöntemler zaten bir veri merkezinin toplam enerjisinin %45’ine kadar tüketmektedir.

Gelişmiş CPU ve GPU çiplerinden gelen maksimum ısı akısı şu anda 50 W/cm²’nin çok üzerindedir. Isı akısı ya da termal akı, bir yerden başka bir yere ısı şeklinde transfer edilen enerji oranıdır.

Örneğin, NVIDIA’nın Hopper’ı, AI ve yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) iş yüklerini hızlandırmak için veri merkezlerine özel olarak tasarlanmış bir GPU mikro mimarisi ve AI dünyasının gözdesi, AI uygulamaları için 814 mm² çip boyutunda 700 W termal tasarım gücüne (86 W/cm² ısı akısı) sahiptir.

Hopper, NVIDIA’nın Ampere mimarisinin halefi olup, TSMC 4N süreciyle 80 milyardan fazla transistörle inşa edilmiştir.

Daha sonra, transistörlerin miniaturizasyonu, 2030 yılına kadar 1 nm düğümde yaklaşık on kat daha yüksek transistör yoğunluğuna yol açabilir. Bu, 200 W cm⁻²’yi aşan ısı akısına neden olabilir; bu seviye hava soğutmasıyla verimli ve maliyet etkin bir şekilde giderilemez. Bu nedenle sıvı soğutmaya ihtiyaç doğar.

Sıvı soğutma teknolojileri yeni bir şey değildir. Endüstri, termal yönetimi ve enerji verimliliğini artırmak için yeni nesil sistemlerinde zaten benimsemiştir.

Bu soğutma yöntemi, ısıyı sunuculardan hava tabanlı sistemlere göre daha etkili bir şekilde uzaklaştırır ve bu da soğutma maliyetlerini ve enerji israfını azaltır.

Gelişmiş sıvı soğutma teknikleri arasında mikrokanallı soğuk plakalar ve dielektrik sıvılarla daldırma soğutma bulunur. Tek fazlı veya kaynama ısı transferi gibi geleneksel soğutma teknikleri ise genellikle 100 W/cm² aralığındaki ısı akılarıyla sınırlıdır.

Dolayısıyla, yüksek performanslı ısı dağıtım stratejilerine ihtiyacımız var. Bu stratejiler pasif olmalı, özellikle ek enerji gerektirmemeli. İstenen bir durum olsa da, bu stratejiler hâlâ ulaşılması zor.

Ayrıca, soğutmanın sadece CPU ve GPU cihazları için değil, ışık yayan diyot (LED) çipleri, yüksek güçlü radyo frekansı (RF), galyum nitrür (GaN) yüksek elektron hareketliliği transistörleri (HEMT’ler) ve pompa lazerleri gibi güç elektroniği için de önemli olduğu gerçeği vardır.

Bu elektroniklerin birçoğu 100 W/cm²’nin üzerinde güç dağıtımına sahiptir.Burada, buharlaşma ısı transferi, yüksek güçlü elektroniklerin soğutulması için geleneksel soğutma yöntemlerine göre birkaç önemli avantaj sunan umut verici bir teknoloji sunar.

Tek fazlı soğutma sistemlerine kıyasla, sıvı‑buhar faz değişiminin büyük gizli ısısı, verimli ısı uzaklaştırmayı sağlar ve daha iyi stabilite ve histerezis (sistemin durumunun geçmişine bağımlılığı) olmadan çalışır. Ayrıca, pasif kapiler akış kullanıldığında pompa gücü gereksinimleri azalır.

Buharlaşma tabanlı sistemler, özellikle yüksek güçlü uygulamalarda, kaynamaya kıyasla daha verimli ve daha kontrollü bir ısı transfer mekanizması sunar.

Enerji verimli termal yönetimin veri merkezleri için kritik olduğu bir ortamda, son derece küçük gözeneklere sahip membranlarda kapiler sürüklenen ince film buharlaşması, yüksek ısı akılarını dağıtmak için umut verici bir yaklaşım sunar.

AI’nın AI veri merkezlerindeki artan enerji talebini kontrol altında tutmaya nasıl yardımcı olabileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Yeni Soğutma Teknolojisi, Artan Enerji Taleplerini Durdurmak İçin

İleri soğutma stratejilerine duyulan ihtiyaç, veri merkezi soğutmadaki hızlı artan enerji tüketimi trendini durdurmak, işletme maliyetlerini azaltmak ve karbon azaltma hedeflerini desteklemek açısından kritik olduğundan, mühendisler veri merkezleri ve yüksek güçlü elektronikler için yeni bir buharlaşma soğutma teknolojisi geliştirdiler.

Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen bu yeni teknik, fanlar, sıvı pompaları ve ısı emiciler gibi geleneksel soğutma sistemlerine karşı umut verici bir alternatif sunar, çünkü detaylı¹ Joule dergisinde yer almaktadır. Ayrıca mevcut birçok soğutma sisteminin su kullanımını da azaltabilir.

Yeni teknoloji, ısıyı pasif olarak buharlaşma yoluyla gideren özel olarak tasarlanmış bir fiber membran içerir. Burada kullanılan düşük filtreli membran, yüzeyi boyunca soğutma sıvısını çekmek için kapiler etkiden yararlanan çok sayıda küçük, birbirine bağlı gözenekten oluşan bir ağ içerir.

Sıvı buharlaştıkça, ısı elektroniklerin altından verimli bir şekilde uzaklaştırılır ve ek enerji gerektirmez. Membran, elektroniklerin üzerindeki mikrokanalların üzerine yerleştirilir, kanallardan akan sıvıyı çeker ve ısıyı verimli bir şekilde dağıtır.

“Geleneksel hava veya sıvı soğutmaya kıyasla, buharlaşma daha az enerji kullanarak daha yüksek ısı akısını dağıtabilir.”

Soğutma için buharlaşma yeni bir şey değildir; hava koşullandırıcılardaki evaporatörler ve dizüstü bilgisayarlardaki ısı boruları gibi birçok uygulama zaten bunu kullanmaktadır. Ancak yüksek güçlü elektroniklere uygulamak bir zorluktu.

Gözenekli membranların kullanımı denemeleri başarısız oldu. Gözenekli membranlar, buharlaşma için ideal olan yüksek yüzey alanına sahiptir, ancak önceki çabalar ya çok küçük gözenekler nedeniyle tıkanma ya da çok büyük gözenekler nedeniyle istenmeyen kaynamaya yol açarak başarısız oldu.

“Burada, doğru boyutta birbirine bağlı gözeneklere sahip gözenekli fiber membranlar kullanıyoruz,” dedi Chen. Bu sayede mühendisler, bu dezavantajlar olmadan verimli buharlaşma elde edebildiler.

Teknolojiyi çeşitli ısı akıları üzerinden test ettiklerinde, araştırmacılar membranın çalıştığını ve rekor kıran performans elde ettiğini gördüler.

Membran, 800 watt/cm²’yi aşan ısı akılarını idare etti. Bu, bu tür bir soğutma sistemi için kaydedilen en yüksek seviyelerden biridir. Ayrıca, birden fazla saatlik çalışma süresince stabil olduğunu kanıtlayarak, bir sonraki nesil elektronik soğutma için ölçeklenebilir ve enerji verimli bir yaklaşım sundu.

“Bu başarı, malzemelerin tamamen yeni uygulamalar için yeniden hayal edilmesinin potansiyelini ortaya koymaktadır.”

– Chen

Çen, fiber üyelerin başlangıçta filtrasyon için tasarlandığını açıkladı. “Kimse daha önce bunların buharlaşma için kullanılmasını araştırmamıştı,” diye ekledi. Ancak ekip, doğru boyutta birbirine bağlı gözeneklerin, verimli buharlaşma soğutması için mükemmel olduğunu fark etti.

“Bizi şaşırtan, doğru mekanik güçlendirme ile sadece yüksek ısı akısına dayanmakla kalmadıkları, aynı zamanda bu koşul altında son derece iyi performans göstermeleriydi.”

Termal performanslarının yanı sıra, fiber membranlar maliyet etkin, üretim için ölçeklenebilir ve hem mekanik esneklik hem de dayanıklılık gösterir; bu da ince film buharlaşması için potansiyellerini vurgular ve yüksek akışkanlı elektronik soğutma sistemlerine entegrasyonları için faydalı olduklarını gösterir; böylece bir sonraki nesil termal yönetim için sağlam bir çözüm sunar.

Sonuçlar kesinlikle umut verici, ancak teknoloji hâlâ teorik sınırının çok altında çalışıyor. Ekip, membranı iyileştirmek ve performansını optimize etmek için çalışıyor.

Bir sonraki aşamada, ekip teknolojilerini GPU ve CPU’lara takılan düz bileşenler olan soğuk plakaların prototiplerine entegre edecek. Teknolojiyi ticarileştirmek için bir startup kurarak piyasaya sunmayı planlıyorlar. Kaliforniya Üniversitesi Yönetim Kurulu da bu çalışmayla ilgili bir patent başvurusunda bulundu.

LLM güç tüketimini %50 azaltacak yeni çip hakkında bilgi edinmek için buraya tıklayın.

Yeni Nesil Soğutma Yenilikleri

AI’nın dünya ekonomisine trilyonlarca dolar katkı sağlaması öngörülürken, enerji kullanımını çeşitli yollarla azaltmaya yönelik odak giderek artıyor.

Mayıs 2025’te teknoloji devi Microsoft (MSFT ), veri merkezi soğutma tekniklerinin tüm yaşam döngüsü boyunca ürettiği enerji ve su tüketimini ve sera gazı (GHG) emisyonlarını ölçen bir makale yayınladı.

Bu yaşam döngüsü değerlendirmesi, sadece veri merkezi operasyonları sırasında tüketilen kaynakları değil, aynı zamanda tüm sanal makineler, sunucular, çipler, soğutma ve diğer ekipmanların üretiminde gereken kaynakları da derinlemesine inceler. Microsoft’a göre bu veriler, şirketlerin daha az su, enerji ve karbon kullanan veri merkezleri tasarlamasına yardımcı olabilir.

“Bu makalede, yaşam döngüsü değerlendirme araçlarının mühendislik kararlarını erken aşamalarda yönlendirmek için kullanılmasını savunuyor ve bu aracı sektöre sunarak benimsenmesini kolaylaştırıyoruz.”

“Burada yapmaya çalıştığımız, sektöre ‘Soğutmayı da hesaba katan uçtan uca bir yaşam döngüsü değerlendirmesini nasıl oluşturacağınızı göstermek’ ve ‘İhtiyacınıza göre özelleştirebileceğiniz bir araç sunmak’ ve ardından bir karar vermeniz.”

Çalışmaları aslında iki yıl sürdü ve bu süre içinde sunucular için dört soğutma teknolojisini değerlendirdiler: soğuk plakalar, hava soğutma, tek fazlı daldırma ve iki fazlı daldırma.

Ekip, sıvı temelli yaklaşımların, sektör standardı olan hava soğutmaya kıyasla karbon emisyonları, enerji ve su tüketimi açısından daha iyi performans göstereceğini düşünüyor.

Microsoft, veri merkezlerinde soğuk plakalar kurmuşken, aynı zamanda ısı değiştirici birimlerini kullanan raf ölçeğinde soğuk plaka soğutma tekniği gibi diğer soğutma yöntemlerini de araştırıyor. Teknoloji devi, su tüketimini %30‑%50 azaltıp enerji talebi ve GHG emisyonlarını veri merkezlerinin tüm yaşam döngüsü boyunca yaklaşık %15 düşürebilecek yeni bir teknoloji de geliştiriyor.

En son olarak, MIT Lincoln Laboratuvarı da geliştirdi paketlenmiş çip yığınları için soğutma seçeneklerini değerlendiren özel bir çip. Bu benzersiz çip, silikon katmanından ve belirli sıcak noktalardan çok yüksek güç yayarak ısı üretir. Daha sonra, çip üzerine soğutma teknolojileri uygulanır ve çip sıcaklık değişimlerini ölçer.

Yığına yerleştirildiğinde, araştırmacıların ısının yığın katmanları boyunca nasıl hareket ettiğini incelemelerine ve soğuk tutmak için ilerlemeyi ölçmelerine olanak tanır.

“Tek bir çipiniz varsa, onu üstten ya da alttan soğutabilirsiniz. Ancak birden fazla çipi üst üste yığmaya başladığınızda, ısı kaçacak bir yer bulamaz. Bugün, endüstrinin bu kadar yüksek performanslı çipleri birden çok kez yığmasına izin veren bir soğutma yöntemi yoktur.”

– Laboratuvarın Gelişmiş Malzemeler ve Mikrosistemler Grubu’ndan çalışma lideri Chenson Chen

AI Sektörüne Yatırım

AI odaklı GPU’larda küresel bir lider olan Nvidia (NVDA ) tam yığın bir bilgi işlem altyapı şirketidir ve Compute & Networking ve Graphics segmentleri aracılığıyla faaliyet gösterir.

Nvidia, yarı iletken, sunucu üretimi, veri depolama ve kurumsal yazılım alanlarında kilit oyuncularla ortaklık kurarak AI uygulamalarının dağıtımını hızlandırıyor. Çip üreticisi ayrıca OpenAI, xAI, Inflection, Mistral AI, Perplexity, Lambda, Scale AI ve diğerleri gibi AI firmalarına startup yatırımlarıyla da yoğun şekilde destek veriyor.

NVIDIA Corporation (NVDA )

Nvidia’nın piyasa performansına bakıldığında, son beş yılda %1.350’lik göz kamaştırıcı bir artış kaydeden en iyi performans gösteren hisse senetlerinden biridir. Yazının yazıldığı tarihte, piyasa değeri 3,5 trilyon dolar olan dünyanın ikinci büyük şirketinin hisseleri $145’in üzerinde işlem görmekte, YTD %8,33 artış ve Kasım 2024’te neredeyse $150 olan zirvesinin sadece %3’ü seviyesindedir.

Şirketin EPS (TTM) değeri 3,10, P/E (TTM) 46,86 ve ROE (TTM) %115,46 iken, temettü getirisi %0,03’tür.

Mayıs 2025’te Nvidia, mali yıl 2026’nın ilk çeyreği için finansal sonuçları açıkladı; bu dönemde geliri 44,1 milyar dolar oldu.

Veri merkezi alanında şirketin geliri 39,1 milyar dolar oldu. Bu sektör için Nvidia, ABD’de fabrikalar inşa etmeyi, AI akıl yürütme modellerini ölçeklendirmek için Blackwell Ultra ve Dynamo’yu tanıtmayı ve RTX PRO™ Sunucularla kurumsal AI fabrikalarına IT altyapısı geçişini hızlandırmayı planlıyor. Ayrıca, NVIDIA AI Data Platform gibi AI çıkarım iş yükleri için özelleştirilebilir bir referans tasarım da tanıtıldı.

Başka büyük bir gelişme, Birleşik Arap Emirlikleri’nde yeni bir AI veri merkezi inşa etmek için 100.000 Nvidia çipi kullanılmasını içeriyor; bu veri merkezi önümüzdeki yıl devreye girecek.

Başka heyecan verici bir haber olarak, Nvidia’nın Tayvanlı Foxconn ile yeni bir Foxconn fabrikasında Nvidia AI sunucuları üretecek humanoid robotları konuşlandırmak için çalıştığı bildiriliyor. Bu dağıtım, önümüzdeki aylarda tamamlanması bekleniyor ve insan benzeri robotların üretim süreçlerini dönüştürerek bir dönüm noktası olacak.

NVIDIA Corporation (NVDA) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri

AI Soğutma Yenilikleri Üzerine Son Düşünceler

AI, endüstrileri yeniden şekillendirmeye devam ederken, devasa hesaplama ihtiyaçları benzeri görülmemiş enerji tüketimi ve ısı üretimine yol açıyor. Burada, kapiler sürüklenen ince film buharlaşması üzerine umut verici araştırma, gelecekte daha enerji verimli, sürdürülebilir ve ölçeklenebilir AI altyapısı inşa etmek için kritik bir adım temsil ediyor.

Yüksek teorik kritik ısı akısı (CHF) ile nanoporlu membranlarda kapiler sürüklenen ince film buharlaşması, yüksek güçlü elektronik cihazlar için umut verici bir termal yönetim stratejisi sunar. En son çalışma, fiber membranların birbirine bağlı açık gözeneklerinin verimli evaporatörler olarak işlev gördüğünü, çoklu yollarla hızlı ve uniform sıvı taşımasını sağladığını ve tıkanmayı azaltarak yüzeyin eşit şekilde ıslanmasını garantilediğini gösterdi.

Uzun vadeli stabiliteyi gösteren 3D fiber membran evaporatörler, modern elektronik sistemlerin taleplerini karşılamak için verimli soğutma çözümleri sunan ileri termal yönetim için son derece umut verici bir çözüm sunar.

Yapay zekaya yatırım hakkında her şeyi öğrenmek için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. Feng, T.; Pei, Y.; Zhang, H.; Asai, B.; Dong, G.; Joshi, A.; Saha, A.; Cai, S.; Chen, R. Birbirine Bağlı Gözenekli Fiber Membranlardan Yüksek Akışkanlı ve Stabil İnce Film Buharlaşması. Joule 2025, 9 (6), 101975. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975