Microfluidica e raffreddamento a liquido per l’infrastruttura AI

La crescita dei carichi di lavoro di intelligenza artificiale sta aumentando la potenza richiesta dai rack dei data center. I rack tradizionali raffreddati ad aria raggiungono in genere una soglia superiore intorno ai 15–25 kW, salvo l’impiego di sistemi aggiuntivi per la gestione dell’aria. Oltre questi livelli, il raffreddamento a liquido è una delle soluzioni adottate per gestire il calore generato dai server ad alta densità.

Il raffreddamento può arrivare a rappresentare fino al 40% del consumo elettrico di un data center. Per i rack con carichi termici elevati, la gestione del calore è quindi un aspetto rilevante della progettazione dell’infrastruttura; la scelta tra aria e liquido dipende dalla densità di potenza e dalla configurazione dell’impianto.

Il raffreddamento a liquido trasferisce il calore dai chip attraverso circuiti di refrigerante e piastre fredde. Nei sistemi NVIDIA descritti per la generazione Rubin, il liquido può raggiungere 45 °C in ingresso: le piastre fredde mantengono i chip entro i limiti operativi indicati per il sistema.

Microsoft sta sviluppando un approccio di raffreddamento microfluidico per CPU e GPU. Invece di affidarsi soltanto a una piastra fredda esterna, questa tecnica prevede minuscoli canali nel silicio, attraverso i quali scorre il refrigerante per avvicinare il trasferimento di calore alle zone che lo generano. I risultati descritti riguardano test della tecnologia, non un sistema già adottato su larga scala.

Questa estrema prossimità alle zone di generazione di calore permette un raffreddamento fino a tre volte più efficiente rispetto alle tecnologie tradizionali. Nei test con unità grafiche, la tecnologia ha ridotto di circa il 65% l’aumento massimo della temperatura nel silicio rispetto ai metodi convenzionali.

Per progettare questi canali, Microsoft ha impiegato algoritmi basati sull'intelligenza artificiale che analizzano i pattern di calore del chip. I tracciati non sono linee rette uniformi, ma strutture ispirate alla biologia, come le vene di una foglia, che si adattano dinamicamente ai punti di maggiore dissipazione termica.

Per i server basati su NVIDIA Blackwell, AWS ha adottato il raffreddamento a liquido e sviluppato un proprio sistema In-Row Heat Exchanger (IRHX), presentato nel luglio 2025. Il sistema è destinato all’installazione nei data center esistenti e può essere integrato con modifiche contenute all’infrastruttura.

L’IRHX si compone di tre blocchi principali: un armadio di distribuzione dell’acqua, un’unità di pompaggio integrata e moduli fan-coil disposti in fila. Questa configurazione combina un’unità di distribuzione del refrigerante (CDU) con moduli di conversione liquido-aria (L2A), per l’integrazione nei data center esistenti.

David Brown, vicepresidente dei servizi Compute e Machine Learning di AWS, ha spiegato che alcune soluzioni disponibili sul mercato avrebbero richiesto nuovi data center con tempi di realizzazione lunghi, oppure importanti modifiche alle strutture esistenti. AWS ha sviluppato l’IRHX per installarlo nei propri data center, con unità modulari che possono essere aggiunte o rimosse in base alle esigenze di raffreddamento.

Il raffreddamento a liquido diretto tramite piastre fredde porta il refrigerante a contatto termico con i chip, trasferendone il calore al circuito di raffreddamento. È uno degli approcci utilizzati nei server ad alta densità; le caratteristiche dell’impianto dipendono dalla configurazione del server e del data center.

I sistemi DLC e a immersione adottano approcci diversi alla gestione del calore: il raffreddamento diretto al chip usa piastre fredde, mentre l’immersione è una soluzione distinta. La scelta dipende dall’architettura e dalle esigenze dell’installazione.

Secondo un’analisi di Lombard Odier, il raffreddamento a liquido può offrire fino al 15% di efficienza energetica in più rispetto al raffreddamento ad aria. La stessa analisi indica che, per rack da 40 kW e oltre, può risultare efficiente in termini di costi.

Il raffreddamento a liquido può essere integrato anche in data center esistenti: AWS ha descritto l’installazione del sistema IRHX con modifiche minime all’infrastruttura e senza intervenire sul progetto meccanico di raffreddamento ad aria. Il sistema comprende un armadio di distribuzione dell’acqua, un’unità di pompaggio e moduli di ventilazione in fila.

NVIDIA descrive il design di riferimento DSX per le fabbriche di AI come una soluzione che, nella generazione Rubin, raffredda a liquido tutti i chip e i componenti di rete. Il liquido può raggiungere i 45 °C; secondo NVIDIA, in condizioni climatiche e progettuali favorevoli il sistema può ridurre il ricorso ai chiller e il consumo d’acqua.

Microsoft descrive un’architettura di raffreddamento zonale e flessibile per supportare hardware diversificato. La configurazione può variare in base alle esigenze dell’infrastruttura e delle apparecchiature.

Secondo le stime di Mordor Intelligence, il mercato della refrigerazione a liquido per GPU potrebbe raggiungere 8,35 miliardi di dollari nel 2026 e 26,91 miliardi nel 2031, con una crescita annua composta stimata del 26,37% tra il 2026 e il 2031. Per Lombard Odier, i costi iniziali restano una considerazione, mentre il raffreddamento a liquido può risultare efficiente in termini di costi per rack da 40 kW e oltre.

Lombard Odier segnala che gli ostacoli agli investimenti variano a seconda della regione e menziona le pressioni sull’approvvigionamento dei componenti e l’incertezza sull’affidabilità a lungo termine dell’alimentazione elettrica. La disponibilità dei componenti è inoltre indicata come un fattore che può influire sulla diffusione dei sistemi.

AWS e Microsoft descrivono rispettivamente sistemi di raffreddamento a liquido per infrastrutture AI e un’architettura di raffreddamento zonale flessibile. La diffusione dipende anche da disponibilità dei componenti e armonizzazione degli standard, indicate da Lombard Odier tra le condizioni rilevanti per l’espansione della tecnologia.