Gli ingegneri dell’Università della California San Diego (UCSD) hanno sviluppato una tecnologia di raffreddamento passivo capace di dissipare oltre 800 watt per centimetro quadrato, affrontando così uno dei principali limiti dell’infrastruttura AI: il surriscaldamento dei chip e dei data center. Pubblicata su Joule il 13 giugno 2025, l’innovazione utilizza una membrana fibrosa porosa che sfrutta l’evaporazione capillare per eliminare il calore senza consumo energetico aggiuntivo. Il team, guidato dal professor Renkun Chen, ha riprogettato una comune membrana filtrante per ottenere un film sottile con pori interconnessi, capaci di favorire l’evaporazione controllata e costante. Questa soluzione, semplice ma rivoluzionaria, potrebbe ridurre fino al 40% il consumo energetico dei data center, aprendo la strada a un’AI più sostenibile in un’epoca di domanda energetica in rapida crescita.
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Sviluppo della membrana fibrosa porosa
Il progetto nasce all’interno della Jacobs School of Engineering della UCSD, dove il professor Chen, insieme ai colleghi Shengqiang Cai e Abhishek Saha, ha reinterpretato il funzionamento delle membrane filtranti in chiave termica. La membrana fibrosa è composta da un reticolo di micro-pori interconnessi che consentono al liquido di risalire per capillarità verso la superficie, dove evapora assorbendo calore dai componenti elettronici sottostanti. Questo processo garantisce una dissipazione continua e uniforme, evitando i fenomeni di bollitura o intasamento che affliggono gli evaporatori convenzionali.
I ricercatori hanno rinforzato la membrana per mantenerne la stabilità anche sotto flussi termici elevati, raggiungendo prestazioni record di 800 watt per centimetro quadrato. L’esperimento è durato ore senza degrado di efficienza, confermando che la struttura può operare ben al di sotto del limite teorico di instabilità termica. Il lavoro, intitolato High-flux and stable thin-film evaporation from fiber membranes with interconnected pores (DOI: 10.1016/j.joule.2025.101975), è stato condotto con il supporto della National Science Foundation e svolto in parte presso il San Diego Nanotechnology Infrastructure, parte del National Nanotechnology Coordinated Infrastructure. Tra i contributori figurano i dottorandi Tianshi Feng, Yu Pei, Haowen Zhang e Brooklyn Asai, che hanno partecipato allo sviluppo dei prototipi di piastre fredde destinate a essere applicate direttamente su CPU e GPU. L’uso di materiali economici e resistenti consente un potenziale scale-up industriale a basso costo. Un brevetto internazionale (PCT/US24/46923) protegge la tecnologia, mentre la nuova startup universitaria avviata dal gruppo punta alla commercializzazione entro pochi anni.
Funzionamento evaporativo passivo
Il principio di funzionamento della membrana è basato sull’evaporazione passiva: il liquido di raffreddamento viene attratto verso la superficie da forze capillari e, evaporando, assorbe calore senza l’uso di pompe o ventole. Questa caratteristica elimina la necessità di meccanismi attivi e riduce drasticamente i consumi energetici e i costi di manutenzione. La porosità calibrata della membrana garantisce un equilibrio tra capillarità e stabilità termica. Pori troppo piccoli favorirebbero l’intasamento, mentre pori troppo grandi genererebbero bollitura irregolare; la struttura ottimizzata invece assicura evaporazione sottile e costante, con un’efficienza termica superiore del 20–30% rispetto al raffreddamento a liquido convenzionale. I test dimostrano che la membrana mantiene performance elevate per ore, resistendo a stress termici e variazioni ambientali.
Questo approccio riduce anche il consumo idrico, un aspetto critico nei sistemi evaporativi tradizionali, grazie a una gestione più efficiente del fluido e alla riduzione delle perdite per dispersione. L’assenza di componenti meccanici semplifica l’integrazione nei sistemi elettronici ad alta densità e consente l’utilizzo in climi caldi e umidi, dove i metodi di raffreddamento tradizionali risultano inefficaci o dispendiosi.
Implicazioni per i data center AI
Nei data center dedicati all’intelligenza artificiale, il raffreddamento rappresenta fino al 40% del consumo energetico totale. Con l’espansione globale del cloud e dei modelli di apprendimento automatico, questa percentuale è destinata a crescere, ponendo sfide sempre più pressanti. La membrana porosa della UCSD offre una risposta concreta, capace di dissipare calore passivamente e di mantenere la stabilità operativa delle GPU anche sotto carichi prolungati. I ricercatori stimano che, se implementata su larga scala, la tecnologia potrebbe ridurre il consumo energetico dei data center di decine di megawatt e tagliare significativamente i costi operativi. La startup nata dal progetto mira a industrializzare le piastre fredde basate su membrana, facilmente adattabili a infrastrutture esistenti. L’efficienza del sistema non solo migliora la sostenibilità ambientale, ma contribuisce anche alla resilienza energetica, in un contesto in cui la domanda di elettricità per l’AI è destinata a raddoppiare entro il 2030. La membrana trova inoltre applicazione potenziale in altri settori: automotive, aerospaziale e dispositivi mobili, dove la miniaturizzazione richiede raffreddamento efficiente e silenzioso. Il principio evaporativo passivo può essere combinato con tecniche di liquid cooling ibride, creando sistemi ibridi in grado di massimizzare la dissipazione termica con consumo quasi nullo di energia.
Risultati sperimentali e prospettive future
Nei test di laboratorio, la membrana ha superato le prestazioni di ogni sistema di raffreddamento passivo precedentemente registrato, mantenendo un flusso termico stabile di oltre 800 W/cm². I ricercatori hanno validato i risultati tramite misurazioni ad alta precisione e monitoraggio continuo dell’evaporazione in condizioni controllate. I rinforzi meccanici introdotti hanno garantito resistenza a cicli termici prolungati, assicurando durata e affidabilità. Le simulazioni condotte presso il San Diego Nanotechnology Infrastructure mostrano che la tecnologia può essere scalata per chip AI di nuova generazione senza modifiche sostanziali all’architettura hardware. Con la protezione brevettuale già attiva e i prototipi in fase avanzata, la UCSD si prepara a trasferire la tecnologia al mercato. L’obiettivo è ridurre la dipendenza da sistemi di raffreddamento attivo e contribuire a una transizione energetica verde nel settore AI, allineando la ricerca con le strategie globali di sostenibilità.
