Met meer dan tweehonderd datacenters in Nederland, zou de nieuwe uitvinding van engineers van de University of Illinois Urbana-Champaign weleens van pas kunnen komen. Hun koperen plaatjes zijn extreem goed in koelen.

Met behulp van een wiskundig algoritme en een geavanceerde 3D-printer hebben onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign (VS) misschien een oplossing gevonden voor oververhitte datacenters. Plaatjes van puur koper kunnen het energieverbruik dat opgaat aan de koeling van de computers terugdringen van 30 procent naar slechts 1,1 procent, stellen zij.

Lees ook:

• Miljoenen films op één DVD: nieuwe methode maakt giga-dataopslag mogelijk
• Windenergie combineren met Europees landschapsbehoud: kan dat?

Hitte van datacenters 

Je staat er niet altijd bij stil als je een serie streamt of een berichtje verstuurt, maar iedere digitale pixel staat ergens opgeslagen. Daarvoor zijn gigantische datacenters nodig – grote hallen die vol staan met computers die altijd draaien, en dus ook heel veel hitte genereren. Om te voorkomen dat ze zo heet worden dat ze vlam vatten, moeten ze worden gekoeld. 

“Koeling is de bottleneck in computerchipontwerp”, zegt eerste auteur Behnood Bazmi, een werktuigbouwkundige bij de University of Illinois Urbana-Champaign. De chips worden steeds krachtiger, waardoor ze ook meer warmte produceren en dus beter gekoeld moeten worden. Het energieverbruik van datacenters zal daardoor alleen maar toenemen. Ook omdat het er alleen maar meer worden.

Volgens het CBS gebruikten datacenters in Nederland in 2024 evenveel stroom als twee miljoen woningen: 4,6 procent van het totale energieverbruik. 

Koelen met lucht  

Een gebruikelijke manier om de datacenters af te koelen, is door de ruimte te ventileren. De verwarmde lucht wordt vervolgens de buitenlucht in geblazen. Volgens de onderzoekers is het veel efficiënter om de chips direct te koelen met een koelvloeistof. Die stroomt door minuscule kanaaltjes in een koelplaat, die direct aan de chip wordt bevestigd. De koelplaat bestaat uit een heleboel ribbeltjes (vinnen) om het oppervlakte zo groot mogelijk te maken, en hij dus zoveel mogelijk warmte kan afvoeren. 

Zulke systemen bestaan al, maar de onderzoekers zeggen een veel beter ontwerp te hebben bedacht. De commerciële systemen zijn gericht op het laag houden van de productiekosten, terwijl zij een maximaal koeleffect wilden bereiken. 

Puntige toppen en gekartelde randen

De engineers lieten wiskundige berekeningen los op het ideale vinontwerp en kwamen uit op puntige toppen met gekartelde randen. De commerciële versies zijn doorgaans rechthoekig of in de vorm van een cilinder. Omdat hun complexe ontwerp niet eenvoudig te maken is, werkten ze samen met een bedrijf dat micro- en nanostructuren kan 3D-printen. 

Door gebruik te maken van deze techniek – zogeheten electrochemical additive manufacturing (ECAM) – hoefden ze de koper niet te smelten, maar konden ze de vin laagje voor laagje opbouwen. “ECAM kan pure koperdeeltjes produceren van dertig tot vijftig micrometer. Dat is minder dan de breedte van een mensenhaar”, vertelt mede-onderzoeker Nenad Miljkovic. 

Toen de onderzoekers hun product testten en vergeleken met de gebruikelijke rechthoekige vinnen, zagen ze dat hun koelplaat de chips tot 32 procent beter afkoelde. Ook kostte het hun koelplaat 68 procent minder moeite om de koelvloeistof door de plaat te geleiden. 

Energiebesparing 

Als je deze resultaten voor een volledig datacenter uitrekent, vertaalt dat zich naar significante energiebesparingen. Een datacenter met 1 gigawatt (GW) aan rekenkracht verbruikt bijvoorbeeld zo’n 550 megawatt voor een luchtkoelsysteem, aldus de onderzoekers. In totaal wordt dus 1,55 GW aan energie verbruikt, maar slechts 1 GW gaat naar onze zoekopdrachten, streams en opslag. 

“Met onze koelplaten zouden datacenters slechts 11 megawatt aan koeling nodig hebben in plaats van 550 megawatt”, aldus Miljkovic. Volgens de engineers is het ook mogelijk om hun product op te schalen en kan het eenvoudig aangepast worden om ook andere apparaten te koelen. 

Bronnen: Cell Reports Physical Science, EurekAlert!

Openingsbeeld: Brett Sayles/Pexels