液冷技術は「GPUサーバーの安定稼働」にとどまらないメリットをもたらす

AIデータセンターの排熱が“街の暖房”に？　液冷技術で持続可能性に取り組むエクイニクス

　現在、データセンター分野でホット（あるいはクール）な話題のひとつが、IT機器を空気ではなく冷却液で冷やす「液体冷却（液冷）技術」だ。高性能化に伴って排熱の量も増えるAI／GPUサーバーを安定稼働させるために、サーバーにもデータセンターにも液冷技術の導入が不可欠になりつつある。

　ただし、それと同時に、液冷技術は「データセンター全体の省電力化」や「排熱の有効活用」といったメリットももたらすと、エクイニクス（Equinix）でマネージングディレクターを務めるティファニー・オシアス氏は語る。

　オシアス氏は、これから本格化する“AI活用社会”の持続可能性（サステナビリティ）を高めるために、データセンター市場をリードするエクイニクスが取り組むさまざまな取り組みを紹介した。

Equinix xScale担当マネージング・ディレクターのティファニー・オシアス（Tiffany Osias）氏

あらためておさらい、いま「液冷技術」が注目を集める理由

　液冷技術がもたらすメリットを理解するために、まずはその仕組みを簡単におさらいしておこう。

　データセンターのサーバールーム内に設置されたラックには、多数のIT機器（サーバー、ストレージ、ネットワークスイッチなど）が格納されている。これらのIT機器が稼働すると、内部のチップ（CPUやGPUなど）が発熱する。これらのチップを何らかの方法で冷却しなければ、やがては過熱状態となり、動作が不安定になってしまう（いわゆる熱暴走などが起きる）。

　現在、IT機器の冷却は「空気冷却（空冷）方式」が中心だ。サーバーなどのIT機器は、内蔵ファンで機器外から冷たい空気を取り込み、部品の熱を冷やしたうえで（熱を奪ったうえで）、熱くなった空気を機器外に排出する。これにより機器外の空気は熱くなるので、データセンターには大型のエアコンが設置され、サーバールーム内全体の空気を冷やしている。

　しかし、近年の高性能なサーバーでは、CPUやGPUの回路の高集積化が進み、発熱量も非常に大きくなっている。そのため、これまでの空冷方式では冷却能力が追いつかなくなりつつある。そこで注目されているのが「液冷方式」だ。

　「なぜいま液冷技術が必要とされているのか。それは、AIやHPC（ハイパフォーマンスコンピューティング）においては、液冷が必須だからだ。その一点に尽きる」

　オシアス氏は「液体の熱伝導効率は、気体（空気）の3000倍も高い」と説明する。「たとえば指をヤケドをしたときは、口でフーフー息を吹きかけたりせず、冷水で冷やすだろう。それと同じことだ」。液体を使うことで、空気よりもはるかに効率的な冷却ができるのだ。

　液冷方式の実装として、現在主流となっているのが「直接液冷（DLC：Direct Liquid Cooling）」である。直接液冷対応のサーバーでは、空冷ファンやヒートシンクの代わりに、チップにコールドプレート（放熱板）が貼り付けられている。コールドプレートにはパイプが通っており、ここを流れる冷却液が機器の排熱を回収する。

　これに対応するため、データセンターには冷却液（冷水）をサーバーに供給、循環させ、屋外に熱を排出する冷却システムが必要になる。

データセンターが備える冷却システムの模式図。従来、サーバールーム内の冷却システムには空冷方式が主流だったが、現在は液冷方式への需要が高まっている

　オシアス氏によると、現在のAIトレーニング環境では、1ラックあたりの消費電力が平均40kWに達している。すでに、エアコンでサーバールーム全体を冷やす空冷方式では対応できなくなっており、リアドアに組み込まれた熱交換器でサーバーの排熱を冷却する方式がとられている。

　さらに、次世代のAI／GPUサーバー「NVIDIA DGX GB200」になると、消費電力は「1ラックあたり100～120kW」まで高まるため、リアドア式空冷でも対応できなくなり、直接液冷が必須になるという。

液冷にもさまざまな実装方式がある。空冷対応のサーバーはリアドア型（左端）にせざるを得ないが、最近は直接液冷（中央）対応のサーバーが増えている

データセンターの省電力化、地域への熱供給といったメリットも生まれる

　オシアス氏はさらに、液冷技術のメリットは高発熱化したサーバーを冷却できる点だけではないと強調した。具体的には「エネルギー効率」「高密度実装」「CO2排出削減」「地域への熱供給」といったメリットがある。

　デル・テクノロジーズの分析レポートによると、従来型データセンターが消費する電力の30％は、サーバーやエアコンが内蔵する「冷却ファン」が消費しているという。ここに冷却効率の高い液冷システムを採用することで、環境負荷を低減した“サステナブルなデータセンター”に一歩近づく。

液冷方式の採用で生まれる複数のメリット

　また、データセンターの排熱を、地域の暖房熱源などに使うことも考えられる。実際に、エクイニクスでは数年前から、フィンランドのヘルシンキ、フランスのパリ（パリ五輪の競技用プール）などで、地域への熱供給の取り組みを進めている。

　現状では、セントラルヒーティングのインフラを備えているヨーロッパの国々が先行している状況だが、「各地域で（熱供給インフラの）準備が整えば、いつでも排熱を熱源として提供できる」と語る。

　ちなみに、ここでも「液冷技術には優位性がある」とオシアス氏は説明した。前述したとおり、液体は熱伝導効率が高い＝多くの熱を素早く吸収できるので、排熱の損失が少ない。「空冷方式で得られる熱よりも、液冷のほうが10℃ほど高い場合もある」という。

地域の熱源として活用するなど、排熱量が増大する時代への対応も進める