Koeltechnologie voor chips voorkomt overmatig AI-stroomverbruik

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 18-06-2025

Illustratie van een vezelmembraan dat warmte van een chip afvoert door middel van verdamping. [Afbeelding: Tianshi Feng]

Verdampingskoeling

U hebt waarschijnlijk veel gehoord over het buitensporige energieverbruik van kunstmatige-intelligentietoepassingen , en u hebt waarschijnlijk ook beseft dat het merendeel van deze overtollige elektriciteit in warmte wordt omgezet in de CPU's en GPU's van datacenters.

Koeling is momenteel goed voor maar liefst 40% van het totale energieverbruik van een datacenter. Als de huidige trends zich voortzetten, zou het wereldwijde energieverbruik voor koeling in 2030 meer dan kunnen verdubbelen.

Maar Tianshi Feng en zijn collega's aan de Universiteit van Californië in San Diego hebben een truc achter de hand om daar verandering in te brengen: ze hebben een nieuwe, kleine verdampingskoelingstechnologie ontwikkeld die direct in chips kan worden geïntegreerd.

De basis van de innovatie is een goedkoop vezelmembraan met een netwerk van kleine, onderling verbonden poriën die de koelvloeistof via capillaire werking langs het oppervlak trekken. Terwijl de vloeistof verdampt, wordt warmte efficiënt afgevoerd van de elektronica onder het membraan, zonder dat hiervoor extra energie nodig is.

Het membraan is bevestigd op microkanalen boven de elektronica en zuigt de vloeistof die door de kanalen stroomt aan en geeft warmte af. Na verdamping wordt de vloeistof opgevangen en teruggevoerd naar het circuit.

"Vergeleken met traditionele lucht- of vloeistofkoeling kan verdamping een grotere warmtestroom afgeven en tegelijkertijd minder energie verbruiken", aldus Feng.

Illustratie van het vezelmembraan dat vloeistof uit microkanalen naar de poriën zuigt door middel van capillaire werking, en foto van het prototype dat een warmtebron koelt terwijl de vloeistof verdampt. [Afbeelding: Tianshi Feng]

De hitte van de chips halen

Er zijn veel toepassingen voor verdampingskoeling , van verdampers in airconditioners tot heatpipes in laptops. Maar de techniek direct toepassen op krachtige elektronica was een uitdaging. Eerdere pogingen met poreuze membranen – die een groot oppervlak hebben dat ideaal is voor verdamping – mislukten omdat hun poriën ofwel te klein en verstopt waren, ofwel te groot en ongewenst koken veroorzaakten.

"Hier hebben we poreuze vezelmembranen met onderling verbonden poriën van de juiste grootte gebruikt", aldus Chen, die eraan toevoegde dat dit van cruciaal belang is voor een efficiënte en robuuste verdamping.

De prestaties van het nieuwe membraan waren zelfs recordbrekend. Bij tests met wisselende warmtestromen bereikte het membraan warmtestromen van meer dan 800 watt per vierkante centimeter, een van de hoogste waarden ooit gemeten voor dit type koelsysteem. Bovendien toonde het materiaal stabiliteit gedurende de testperiodes.

En zelfs met deze veelbelovende resultaten presteren de prototypes nog steeds ruim onder de theoretische limiet. Daarom werkt het team al aan het verfijnen van het membraan en het optimaliseren van de prestaties. De volgende stappen omvatten de integratie ervan in prototype cold plates, platte componenten die op chips zoals CPU's en GPU's worden geïnstalleerd om warmte af te voeren. Het onderzoeksteam is zo optimistisch dat ze al een bedrijf hebben opgericht om de technologie te commercialiseren.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen