De datacen­ter­sector beweegt richting een nieuw tijdperk in thermisch ontwerp. Waar single-phase direct-to-chip-koeling (D2C) jaren­lang de standaard was voor high-end GPU’s, tekent zich nu een omslag­punt af. Met Thermal Design Power (TDP)-waarden die richting en voorbij 1500 watt gaan, voorspelt IDTechEx dat tweefa­sige cold-plate-koeling vanaf 2026 – 2027 breed zal doorbreken. De techno­logie verschuift hiermee van toekomst­beeld naar opera­ti­o­nele noodzaak, gedreven door de snel stijgende warmte­ont­wik­ke­ling van AI-chips en acceleratorarchitecturen.

De analyse van IDTechEx, gebaseerd op gesprekken met chipfa­bri­kanten, toonaan­ge­vende leveran­ciers van cold plates en integra­tors van datacen­ter­in­fra­struc­tuur, laat zien dat de meningen over het exacte tijdspad welis­waar uiteen­lopen, maar de richting niet. De industrie is het erover eens dat single-phase D2C vanaf ongeveer 1500 watt zijn grenzen bereikt. Bij 2000 watt komt de techno­logie in de buurt van het maximale haalbare, waardoor verdere opscha­ling van vermo­gens­dicht­heid alleen mogelijk is met een funda­men­teel andere thermi­sche aanpak.

Die ontwik­ke­ling sluit aan op de GPU-roadmaps van grote chipma­kers. Histo­ri­sche TDP-groei en gepubli­ceerde product­lijnen duiden op een duide­lijke trend: genera­ties na 2025 zullen struc­tu­reel hogere vermo­gens vragen dan conven­ti­o­nele koelsys­temen aankunnen. De IDTechEx-studie Thermal Manage­ment for Data Centers 2026 – 2036 stelt dat tweefa­sige D2C daarom een logische opvolger is — niet alleen vanwege thermisch rende­ment, maar vooral vanwege het vermogen om groei­ende vermo­gens­dicht­heid in de praktijk betrouw­baar te ondersteunen.

In de dagelijkse praktijk blijft single-phase koeling voorlopig de dominante techniek. Het principe — een water-glycol­mengsel dat warmte via convectie afvoert zonder fasever­an­de­ring — is eenvoudig, vertrouwd en robuust. Toch worden de beper­kingen steeds duide­lijker. Hoge flow rates die nodig zijn om chips van 1000 watt of meer te koelen veroor­zaken aanzien­lijke mecha­ni­sche belas­ting op leidingen en aanslui­tingen. Een debiet van circa 1,5 liter per minuut leidt boven­dien tot erosie­cor­rosie, waardoor compo­nenten sneller slijten. Dikke quick discon­nects en uitge­breid leiding­werk drijven de kosten verder op, met instal­la­tie­prijzen van 200 tot 400 dollar per cold-plate­sys­teem. Vooral in bestaande datacen­ters vormt dit een substan­tiële drempel voor adoptie.

Tweefa­sige koeling speelt in op precies die knelpunten. Door het kookpunt van het koelmiddel te benutten, kan warmte effici­ënter worden opgenomen. Voor een 1000 watt-chip volstaat circa 0,3 liter per minuut, een vijfde van het debiet van single-phase systemen. Minder stroming betekent minder pompver­mogen, minder mecha­ni­sche stress en een poten­tieel betere betrouw­baar­heid. Het effect op de thermi­sche perfor­mance is boven­dien aanzien­lijk, waardoor de oplos­sing aantrek­ke­lijk wordt naarmate GPU-vermo­gens verder stijgen.

Maar de overstap is niet zonder compli­ca­ties. Veelge­bruikte koelmid­delen in tweefa­sige systemen zijn fluor­hou­dend en brengen milieu- en veilig­heids­vraag­stukken met zich mee. Bij lekkage kunnen deze stoffen in aerosol­vorm bijdragen aan broei­kas­gase­mis­sies. Daarnaast is de initiële inves­te­ring hoger dan bij single-phase: naast de cold plates zelf vraagt tweefa­sige koeling om infra­struc­tuur voor fluïdum­re­cy­cling en gecon­tro­leerde afvoer. Dit vergt extra voorzie­ningen in het datacenter en vergroot de CAPEX, zeker in facili­teiten die niet vanaf de basis voor vloei­stof­koe­ling zijn ontworpen.

Ondanks die uitda­gingen zien leveran­ciers en opera­tors dat tweefa­sige cold-plate-koeling op de middel­lange termijn waarschijn­lijk onver­mij­de­lijk wordt. De aanhou­dende groei in reken­kracht — vooral in AI-accele­ra­tors — maakt dat thermisch beheer uitgroeit tot een van de strate­gi­sche kernpunten in datacen­ter­ar­chi­tec­tuur. De mogelijk­heid om meer vermogen per rackunit te onder­steunen biedt econo­misch voordeel, maar dwingt datacen­ters tegelijk tot inves­te­ringen in nieuwe techno­logie, stren­gere veilig­heids­pro­to­collen en aange­paste opera­ti­o­nele workflows.

IDTechEx benadrukt dat optima­li­satie van ontwerp en materi­aal­keuze een deel van de kosten en milieu-impact kan verlagen. Hun analyse omvat een gedetail­leerde uitsplit­sing van CAPEX voor zowel single- als tweefa­sige systemen, inclu­sief compo­nent­kosten op koudplaat‑, distri­butie- en pomptech­no­lo­gie­ni­veau. Naarmate meer leveran­ciers schaal­voor­delen behalen en nieuwe, milieu­vrien­de­lij­kere koelmid­delen op de markt komen, kan de adoptie versnellen.

Voor datacenter managers en speci­a­listen betekent dit een periode van strate­gi­sche planning. Vragen over rackdicht­heid, energie­voor­zie­ning, maximale thermi­sche capaci­teit, beheer op vloer­ni­veau en retro­fit­baar­heid worden steeds urgenter. De overstap naar tweefa­sige koeling is niet uitslui­tend een techni­sche keuze, maar raakt ook inves­te­rings­mo­dellen, duurzaam­heids­eisen en opera­ti­o­nele risico’s.

Wat duide­lijk wordt uit de markt­ver­ken­ningen: de thermi­sche grenzen van het huidige datacenter zijn in zicht. Wie capaci­teit wil blijven leveren voor de volgende generatie AI-hardware, zal niet om tweefa­sige liquid cooling heen kunnen. En de tijdlijn daarvoor is korter dan velen tot voor kort aannamen.