液体冷却への移行

データセンターは、世界のデジタルインフラにおいてますます重要な役割を担っています。Google、Microsoft、Amazon、Meta、Alibaba、Tencentなどのクラウドサービスプロバイダー（CSP）は、増大するAIおよびコンピューティング需要に対応するため、ハイパースケール施設への投資を進めています。

最新のAIチップは1基あたり1,000Wを超える熱を発生させるようになっており、サーバーラックの電力密度は100kW以上に達しています。GPU（Graphics Processing Unit）はこれまでになく高密度に実装されており、従来の空冷の実用的な限界を超えることの多い熱的課題を生み出しています。この課題に対応するため、業界では急速に液体冷却への移行が進んでいます。この移行の中で、単相ダイレクト液体冷却（DLC）が高密度サーバー導入の標準となりつつあります。

たとえば、データセンターの総消費電力が150kWで、IT機器の消費電力が100kWの場合、PUEは次のようになります。

PUE = 150 kW ÷ 100 kW = 1.5

理想的なPUEは1.0で、建物に供給される電力のすべてが直接コンピューティングに使用されることを意味します。1.0を超える分は、冷却、照明、電力供給などのインフラに費やされる「オーバーヘッド」を表します。したがって、PUEが1.5である場合、サーバーで使用される1.0kWごとに、さらに0.5kWが支援システムで使用されていることを意味します。

データセンターは非常に多くのエネルギーを消費するため、CSPは施設建設に際して認可を取得する必要があります。行政当局は、低いPUEを求める規制を設けています。従来の空冷データセンターでは、冷却が施設全体の消費電力の30～40％を占めるのが一般的です。PUEを低減するために、CSPは液体冷却への移行を進めています。

空冷と液体冷却の比較

空冷では、ファンを使用して周囲の空気を部品の上に通します。空気は体積当たりの熱容量が低いため、この方式は効率が低く、PUEは1.4～1.6程度になることが一般的です。一方、液体冷却では、空気の約3,500倍の熱搬送能力を持つ流体を使用します。コールドプレートによってチップから直接熱を回収することで、多くの電力を消費するファンや室内規模の冷却設備が不要になります。

この効率向上により冷却オーバーヘッドが大幅に削減され、高いサーバー密度を実現できるほか、PUEを1.2以下まで低減し、エネルギーコストと炭素排出量の両方を削減できます。液体冷却はPUEを改善する一方で、新たな運用上および材料上のリスクももたらすため、堅牢な冷却液監視が必要です。