Mit dem rasanten Wachstum von Künstlicher Intelligenz und Cloud-Computing stehen Rechenzentren vor immer größeren Herausforderungen, die enorme Hitze leistungsstarker Prozessoren zu bewältigen. Eine bahnbrechende Lösung von Ingenieuren der University of California San Diego könnte das Wärmemanagement in diesen Einrichtungen grundlegend verändern.
Das Team hat eine passive Verdunstungskühlmembran entwickelt, die rekordverdächtige Wärmeableitung ermöglicht, ohne zusätzliche Energie zu verbrauchen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlsystemen, die auf stromintensive Ventilatoren, Pumpen und Kompressoren angewiesen sind, nutzt diese Innovation grundlegende physikalische Prinzipien, um Wärme auf natürliche und effiziente Weise abzuführen.
„Im Vergleich zu herkömmlicher Luft- oder Flüssigkeitskühlung kann Verdunstung einen höheren Wärmefluss mit weniger Energieaufwand abführen“, erklärt Professor Renkun Chen, der das Projekt an der Jacobs School of Engineering der UC San Diego gemeinsam mit den Professoren Shengqiang Cai und Abhishek Saha leitete.
Die Technologie basiert auf einer speziell entwickelten Fasermembran mit einem Netzwerk winziger, miteinander verbundener Poren, die Kühlflüssigkeit durch Kapillarwirkung über die Oberfläche ziehen. Beim Verdunsten der Flüssigkeit wird die Wärme effizient von der darunterliegenden Elektronik abgeführt. In Tests bewältigte die Membran Wärmeflüsse von über 800 Watt pro Quadratzentimeter – einer der höchsten jemals für passive Kühlsysteme gemessenen Werte.
Das Timing könnte kaum wichtiger sein. Laut Internationaler Energieagentur machen Rechenzentren derzeit etwa 1,5 % des weltweiten Stromverbrauchs aus, wobei die Kühlung bis zu 40 % des Energiebedarfs eines Rechenzentrums verursacht. Bis 2030 wird erwartet, dass sich der Strombedarf von Rechenzentren weltweit auf rund 945 Terawattstunden mehr als verdoppelt – hauptsächlich getrieben durch KI-Anwendungen.
Obwohl die bisherigen Ergebnisse vielversprechend sind, weist Professor Chen darauf hin, dass die Technologie noch unterhalb ihres theoretischen Limits arbeitet. Das Team optimiert die Membran derzeit weiter und bereitet die Integration in Prototypen von Kaltplatten für CPUs und GPUs vor. Außerdem haben sie ein Start-up gegründet, um die Technologie zu kommerzialisieren – ein Schritt, der helfen könnte, die Energiekrise der KI-Infrastruktur zu entschärfen und deren Umweltauswirkungen zu verringern.