Liquid cooling wordt cruciaal voor AI-datacenters — maar lucht blijft onmisbaar

Volgens het Internationaal Energieagentschap kan het elektriciteitsverbruik van datacenters tussen 2024 en 2030 jaarlijks met ongeveer 15 procent groeien, ruim vier keer sneller dan de totale elektriciteitsvraag. AI-workloads gebruiken gespecialiseerde GPU’s die veel meer rekenkracht per rack leveren, maar ook aanzienlijk meer warmte produceren. Belgische AI-datacenters bereiken zo vermogensdichtheden van 40, 100 of zelfs 300 kilowatt per rack, tegenover een veel lagere dichtheid in klassieke omgevingen.

Waar luchtkoeling tegen haar limieten botst

Air cooling blijft de vertrouwde standaard: eenvoudig te onderhouden en compatibel met vrijwel alle IT-apparatuur. Voor klassieke enterprise- en cloudomgevingen is dat nog steeds de meest logische aanpak, met veel operationele flexibiliteit.

Bij sterk stijgende vermogensdichtheid ontstaan echter duidelijke grenzen. Om meer warmte via lucht af te voeren, zijn grotere luchtvolumes en krachtigere ventilatoren nodig, wat het energieverbruik, de geluidsproductie en het risico op hotspots doet toenemen. Air cooling verdwijnt daarbij niet volledig: voedingen, netwerkapparatuur en opslag blijven vaak luchtgekoeld, ook in een hybride datacenter.

Liquid cooling on-chip: warmte wegnemen bij de bron

Direct-to-chip of "on-chip" liquid cooling is de meest gerichte vorm van vloeistofkoeling voor AI-hardware. In plaats van warmte eerst aan de omgevingslucht af te geven, wordt een koude plaat — een cold plate — rechtstreeks op de CPU of GPU gemonteerd. Een gesloten vloeistofcircuit met water of een koelmiddelmengsel stroomt door fijne kanalen in die plaat en absorbeert de warmte precies daar waar ze ontstaat, in de chip zelf.

Die vloeistof wordt vervolgens via leidingen naar een Cooling Distribution Unit (CDU) gevoerd. De CDU regelt debiet, druk en temperatuur, en wisselt de opgenomen warmte uit met een secundair circuit dat naar buiten afvoert — via dry coolers, koeltorens of, idealiter, naar een systeem voor warmteterugwinning. Omdat vloeistof aanzienlijk meer warmte per volume-eenheid kan opnemen dan lucht, verwerkt on-chip cooling de extreme belasting van AI-accelerators veel gerichter en met minder energieverlies dan een luchtgebaseerd systeem ooit zou kunnen.

Het resultaat: hogere en stabielere chiptemperaturen worden vermeden, servers kunnen dichter bij elkaar worden geplaatst, en de aanvoertemperatuur van het koelwater kan hoger liggen dan bij klassieke koeling. Dat laatste is precies wat vrije koeling en warmteterugwinning economisch interessant maakt. Een studie toont aan dat het facility-verbruik in een scenario met 75 procent liquid cooling tot 27 procent lager kan liggen dan een volledig luchtgebaseerde configuratie.

On-chip cooling vervangt overigens niet alle koeling in een rack: geheugen, voedingen en netwerkkaarten worden meestal nog steeds via lucht of rear-door heat exchangers gekoeld. Vandaar dat de meeste AI-racks in de praktijk een hybride opstelling combineren.

Ingenium: koelingsstrategie én uitkoppeling van restwarmte

Precies op dat raakvlak tussen koeltechnologie, energie-efficiëntie en duurzaamheid positioneert Ingenium zich als studiebureau voor datacenters. Ingenium begeleidt bouwheren bij het uittekenen van een volledige koelingsstrategie — van de keuze tussen air cooling, direct-to-chip cooling of immersion tot de dimensionering van CDU’s, leidingen en warmtewisselaars — afgestemd op de reële groei van AI-workloads.

Daarnaast is Ingenium door VLAIO erkend om vergroeningsscans uit te voeren. Deze scan onderzoekt de technische en economische haalbaarheid van een investering in groene technologie en wordt gesubsidieerd tot 85 procent van de adviseringskost, met een maximum van 10.000 euro per traject.

Voor datacenters ligt de meerwaarde vooral bij de uitkoppeling van restwarmte. Ingenium zet de vergroeningsscan concreet in om te onderzoeken of de restwarmte van serverzalen kan worden teruggevoerd naar een lokaal warmtenet, in lijn met de Vlaamse ambitie om datacenters te koppelen aan collectieve warmtevoorziening.

Zo’n haalbaarheidsstudie brengt doorgaans in kaart:

• De beschikbare temperatuur en het volume van de restwarmte, en de match met de vraagzijde van een warmtenet
• De technische aanpassingen aan het koelcircuit die nodig zijn om warmte uit te koppelen zonder de IT-koeling te compromitteren
• De economische haalbaarheid, inclusief het effect van de VLAIO-subsidie op de terugverdientijd
• De afstemming met lokale netbeheerders en warmtenetoperatoren in Vlaanderen

Door koelingsstrategie en restwarmte-uitkoppeling in één traject te bekijken, vermijdt Ingenium dat een datacenter achteraf een dure herconfiguratie moet doorvoeren om alsnog warmte te kunnen leveren aan een warmtenet.

Studie vooraf: geen formaliteit maar een systeemoefening

Een grondige studie vóór de start van een project blijft essentieel, niet alleen om de juiste koeltechnologie te kiezen, maar ook om te vermijden dat een investering na enkele jaren opnieuw moet worden aangepast. De analyse moet minstens de huidige en toekomstige vermogensdichtheid per rack, de beschikbare elektrische infrastructuur, de ruimte voor pompen en warmtewisselaars, redundantie, en de mogelijkheden voor warmteterugwinning beoordelen.

Koeling, elektrische infrastructuur en businesscase hangen nauw samen: een beslissing op één niveau heeft vrijwel altijd gevolgen op de andere niveaus. Vandaar het belang van een integrale, systeemgerichte aanpak in plaats van een losse vergelijking van technische fiches.

Hybride, meetbaar en voorbereid op groei

Liquid cooling zal een steeds grotere rol spelen in AI- en HPC-datacenters, maar is geen wondermiddel. De meest toekomstgerichte datacenters analyseren eerst hun workloads, rackdensiteiten en groeiscenario’s, en bepalen dan waar luchtkoeling volstaat, waar vloeistofkoeling noodzakelijk wordt, en hoe restwarmte kan worden hergebruikt.