當今的世界由數字驅動，離開了數據什麽都運行不了。各種流媒體服務、社交媒體平台、電子商務和雲計算等等都會產生大幅激增的數據，而且在短期內不會放緩。據最新估計，全球每天產生的數據量達 3.2877 億 TB（10的12次方字節），預計 至2025 年全球每天產生的數據量將達到 180 ZB（10的21次方字節）。
在數據的上下文裡，1 ZB （Zettabyte） 等於 10 億（10的9次方）個TB （Terabytes ）。雖然這些數字非常大，但預計還會繼續膨脹。其實這也不足為奇，過去幾十年中產生的數據比人類整個歷史產生的數據還要多。
然而，這樣的指數式增長是有代價的，存儲、處理和分發所有這些數據需要數據中心，相關的需求因此也在同步激增。
數據中心需求的增長導致了其他需求的增長。這些數據中心在運行時需要保持冷卻，避免其過熱、損壞或崩潰，所需的能源需求也隨之增長。美國能源部能源高級研究項目局（ARPA-E）因此創建 了 COOLERCHIPS 計劃，目標是「為數據中心開發變革性、高效和可靠的冷卻技術」。
數據中心降溫技術面臨的挑戰
存儲數據要付出各種代價，尤其是在環境足跡方面。其足跡包括能源消耗、用水量甚至硬體的生命周期。David Mytton 和 Masao Ashtine 在對數據中心能源估算進行了全面審視後發現，數據中心的能耗約占全球能耗的 1%-2% 及占美國總用電量的 2%。
而數據中心能耗中很大一部分是用於一項關鍵功能：冷卻數據中心。功能強大的電腦在處理和存儲海量數據時會產生大量熱量，如果不控制溫度就會出現過熱現象，進而損壞伺服器設備並導致死機。
NeuReality 公司創始人兼首席執行官 Moshe Tanach 在被問及當前數據中心冷卻所面臨的挑戰時告訴記者，「數據中心的冷卻能源是計算基礎設施功耗和散熱產生的副作用。雖然冷卻能源是數據中心的關鍵部分，但要解決的更大問題是熱量的源頭：即計算基礎設施。」
Tanach 表示，數據中心產生的熱量越來越多，其中最大的貢獻者是 GPU、張量處理單元（TPU）等深度學習加速器（DLA）系統。他補充表示，「在生成式人工智慧和大型語言模型（LLM）的部署範圍擴大後，情況會變得更糟。」
冷卻對數據中心的性能至關重要，這有點像在炎熱的夏天人類需要風扇或冷氣來保持涼爽，否則就會中暑。這些數據中心平均 40% 以上的能耗都用於冷卻和通風系統，原因是一樣的。無論是機房冷氣（CRAC）裝置、機房空氣處理器（CRAH）裝置、後門熱交換器或是直接膨脹（DX）冷卻，冷卻系統的成本都不低。
研究公司 Omdia 的雲計算和數據中心研究總監 Vladimir Galabov 也認為，數據中心冷卻面臨的一大挑戰是降低冷卻伺服器的冷氣和風扇的能耗。他告訴記者，「十幾年以來，一些最大的數據中心運營商一直都在嘗試更有效地冷卻伺服器。其中一個實驗途徑就是機械冷卻，就是用風扇。伺服器風扇消耗的電力占伺服器耗電量的很大一部分。另一條途徑是完全取消風扇，只使用液體冷卻，或結合使用後門熱交換器和直接晶片冷卻等冷卻技術。」
他補充表示，「我預計，優化那些涉及計算和電源轉換的機械部件將是數據中心運營商需要探索的兩個關鍵數據中心效率途徑。與其使用功能較弱的處理器，不如提高非關鍵組件的效率。」
《全球市場洞察》（Global Markets Insight）的一份關於數據中心冷卻市場的報告發現，2022 年該市場的規模為 100 億美元。報告還指出，減少數據中心碳足跡的迫切需要（目前數據中心碳足跡占全球能源相關溫室氣體排放量的 1%以上，在美國則占 3%）正在推動節能冷卻系統的推廣。
摒棄傳統的數據中心設計
除能源使用外，發電或冷卻數據中心間接和直接消耗的水如果繼續不加控制也會帶來氣候風險。NTT 全球數據中心產品和市場高級副總裁 Bruno Berti對此深有同感，他告訴 記者，傳統的數據中心設計使用的「蒸發冷卻技術大量浪費水資源」。他補充表示，雖然 Berti 承認這些傳統技術「非常高效，有助於為數據中心降溫，但從水資源的角度來看，顯然是非常浪費"，並對氣候造成了不利影響。
NTT 全球數據中心已不再採用蒸發冷卻技術和工藝，而是採用風冷式冷卻器，就是因為這個原因。
COOLERCHIPS計劃
Berti 強調提了利用風冷式冷卻器等先進冷卻解決方案的重要性，這些解決方案可以在降低成本的同時改善數據中心的冷卻效果。
這正是 COOLERCHIPS（Cooling Operations Optimized for Leaps in Energy, Reliability, and Carbon Hyperefficiency for Information Processing Systems的縮寫，意為「實現資訊處理系統的能源、可靠性和碳效率飛躍的優化冷卻技術」）計劃可以提供幫助的地方。能源高級研究項目局推出 COOLERCHIPS 計劃的目的是利用尖端技術和節能策略，減少美國數據中心冷卻所需的能源總量，從而徹底改變數據中心的冷卻方式。
COOLERCHIPS 計劃的的資助資金為 4200 萬美元，一些大學、企業和國家實驗室的 15 個項目將獲得資助，項目將為數據中心開發高性能、高能效的冷卻解決方案。獲資助的大學和企業包括英偉達（Nvidia）、加利福尼亞大學、惠普（HP）、阿肯色大學、英特爾聯邦公司和普渡大學，每個受資助者的資助金額從 120 萬美元到 500 萬美元不等。
這些項目將涵括二次冷卻迴路組件、冷卻系統軟體、模塊化/邊緣數據中心冷卻系統等技術的開發，甚至包括測試新技術的支持設施，所有這些技術的目標都是為了將用於冷卻的電力降低到僅占數據中心總能耗的 5%，而目前用於冷卻的電力占 33% 至 40%。
電力的減少將降低這些數據中心的運營碳足跡，將有助於環境的可持續發展。
美國能源部長 Jennifer Granholm 表示，「開發高效冷卻數據中心解決方案以及減少相關碳排放的解決方案有助於實現應對氣候變化和確保未來清潔能源所需的技術突破。」
Galabov則表示，「任何能夠提高數據效率的研究和資金都非常受歡迎。」但他補充表示，「COOLERCHIPS 計劃能取得多大的成功取決於獲資助開發出來的創新成果的吸引力。」
Galabov覺得許多 COOLERCHIPS 項目沒有去解決的一個大問題，就是如何找到一個無害且價格合理的液體冷卻技術。他表示，「這是一個待開發的領域。是我們所有人都應該關心的事情。」
Galabov 最後表示，由於數據中心用電量巨大，即使是很小的改變也會帶來很大的不同。他表示，對於一個每年電費支出達 3 萬億美元的行業來說，即使減少 5% 或 10% 的用電量也會為數據中心節省大量成本並提高效率。
