H-DINI adresserar AI-utvecklingens flaskhals: den fysiska infrastrukturen

Utvecklingen och tillämpningen av AI går mycket snabbt. Det handlar inte längre enbart om stora språkmodeller, utan om en bred och snabbt växande användning inom industri, samhällsfunktioner och digital infrastruktur. I takt med att AI integreras i allt fler verksamheter och att beräkningsbehoven ökar, ställs helt nya krav på datacenter – särskilt när det gäller effekttäthet, kylning och energiförsörjning. 

Bakom den snabba AI-utvecklingen finns en fysisk och energikrävande infrastruktur som riskerar att bli en begränsande faktor. Det här är frågor som står i centrum för projektet H-DINI – High-Density AI Digital Infrastructure supporting 6G. Projektet, som finansieras genom Avancerad Digitalisering, förväntas bidra med tekniska lösningar som möjliggör en hållbar utbyggnad av digital infrastruktur med fokus på energiintensiv AI-hårdvara. 

– Vi tittar på hur de kraftigt ökande beräkningsbehoven, framför allt drivna av AI, kan implementeras i datacenter på ett hållbart och tekniskt rimligt sätt, säger Jonas Gustafsson, projektledare för H-DINI och senior forskare vid RISE.

Projektet samlar aktörer från stora delar av datacentrets värdekedja – från materialforskning och simulering till kraftdistribution, serverdesign, kylteknik och värmeåtervinning. Exempel på deltagare i projektet är ABB, APR Technologies AB, Enoc System AB, Ericsson AB, Hitachi, Luleå tekniska universitet, Perstorp AB, RISE, SHT Smart High-Tech. – Ingen aktör kan lösa de här systemutmaningarna ensam. Värdet ligger i att vi har hela kedjan representerad och kan arbeta med integration snarare än enskilda komponenter, säger Jonas Gustafsson.

Effekttäthet bortom dagens datacenterlogik

Traditionella datacenter är dimensionerade för rackeffekter på omkring 5–10 kW och kyls i huvudsak med luft. För AI-träning är dessa nivåer långt ifrån tillräckliga. Moderna AI-chip utvecklar flera kilowattvärme på mycket små ytor, och rackeffekter på över 100 kW är redan verklighet. På sikt diskuteras nivåer upp mot en megawatt per rack.

– Effekttätheten i dagens processorer är extrem. Den är jämförbar med en kärnreaktor, fast koncentrerad till en mycket mindre yta. Luftkylning räcker helt enkelt inte längre, säger Jonas Gustafsson.

I H-DINI studeras olika former av vätskekylning och hur kylningen kan integreras så nära chippen som möjligt. En central parameter är den termiska resistansen genom hela systemet – från processor, via gränssnittsmaterial, till kylmedium.

Termisk resistans som möjliggörare

Termisk resistans beskriver motståndet för värmeöverföring. Låg termisk resistans är avgörande för att effektivt kunna transportera bort stora mängder värme utan att komponenternas temperatur överstiger kritiska nivåer. Den möjliggör också högre återvinning av värmen genom att den kan samlas upp och överföras med lägre små förluster vid högre temperatur.

– Ju lägre termisk resistans vi har, desto högre temperatur kan vi få ut på restvärmen. Och ju högre temperatur, desto större värde har den, säger Jonas Gustafsson.

Ny kraftdistribution för extrema effekter

Utmaningarna är inte begränsade till kylning. När effekttätheten ökar måste även kraftdistributionen förändras. Att föra in mycket höga effekter på liten yta innebär att dagens lågspänningslösningar når sina gränser.

– 48 volt räcker inte längre. För att minska förlusterna behöver vi gå upp i spänning, och mycket pekar mot nivåer runt 800 volt. Det är samma spänningsnivåer som ofta används för snabbladdning av elfordon, säger Jonas Gustafsson.

Högre spänning innebär lägre ström, vilket i sin tur minskar förluster i kablage och gör att en större andel av den inköpta energin faktiskt når beräkningskretsarna.

Fullskaliga demonstratorer som gemensam plattform

En viktig del av H-DINI är ambitionen att bygga fysiska demonstratorer vid RISE ICE, forskningsinstitutet RISE testbädd för digitalisering och IT-infrastruktur. Dessa ska samla flera av projektets tekniska spår i en gemensam miljö, exempelvis högeffektsrack med integrerad kylning och värmeåtervinning.

– Att bygga något i full skala skapar ett helt annat engagemang. Det gör tekniken mer konkret och underlättar samverkan mellan parterna, säger Jonas.

Demonstratorerna ses också som ett sätt att verifiera teknik som redan finns, men ännu inte tillämpats i denna typ av extrema miljöer.

Koppling till AI-utveckling och 6G

H-DINI lyfter fram betydelsen av utvecklingen av 6G-system, där beräkning, AI och kommunikation vävs samman. För att kunna köra AI-funktioner nära användaren krävs ny typ av moln- och edge-infrastruktur med mycket hög prestanda.

–Beräkningsresurser och AI i backend är en central del av värdeskapandet och där är den här typen av moderna infrastruktur helt avgörande, säger Jonas Gustafsson.

Stärkt svensk konkurrenskraft

Utöver tekniska resultat är nya samarbeten en viktig effekt av projektet. På längre sikt är målet att H-DINI ska bidra till att svenska aktörer kan ta position i den globala datacenter- och AI-infrastrukturen.

– Vi vill att de lösningar vi utvecklar ska tas i bruk i kommersiella datacenter inom tre till tio år. Om vi dessutom kan bidra till lägre energiförluster och högre temperatur på återvunnen värme, då har vi flyttat fram positionerna på riktigt, avslutar Jonas Gustafsson.

Projektets relativt stora budget gör det möjligt att inkludera flera aktörer längs hela värdekedjan, vilket behövs för att nå innovativa systemlösningar och inte enbart adressera isolerade problem. Budgetens omfattning möjliggörs genom satsningen inom Avancerad Digitalisering i kombination med ett starkt industriellt engagemang och betydande medfinansiering från deltagande företag. Tillsammans skapar detta förutsättningar för att utveckla den hållbara AI-infrastruktur som kommer att vara avgörande för Sveriges framtida konkurrenskraft.