データセンター支える空調・冷却技術

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　データセンター（ＤＣ）は重要なインフラの一つで、サーバーやネットワーク機器を安全かつ効率的に運用するために欠かせない施設。大量のデータを保存、管理、処理する機能を持つ。生成ＡＩ（人工知能）の急速な普及により、高性能な画像処理半導体（ＧＰＵ）サーバーの採用が進む。これに伴い、消費電力量の増大による発熱量の増加が課題となっており、ＤＣの省エネルギー化と効率的な冷却技術の確立が求められている。

ＤＣ向け冷却関連　３１年世界市場３・１倍に

　日々、膨大なデータのやりとりが行われている現代社会では、ＤＣの安定稼働が日常生活と企業活動を支えていると言っても過言ではない。今後もデジタル化や生成ＡＩの普及が進み、通信トラフィックは増大するとみられている。

　１０月に政府が公表した対米投資に関する共同ファクトシートでは、共同投資事業の候補として「ＡＩインフラの強化」が挙げられている。ＡＩの処理能力を支えるインフラとしてＤＣ関連の設備投資も活発化しており、世界的にＤＣ市場は拡大している。

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　富士キメラ総研がまとめた「２０２５データセンター・ＡＩ／キーデバイス市場総調査」によると、２０３１年のＤＣ向けＩＴ機器の世界市場は２４年比３・４倍の１８７兆８７７５億円と予測した。

　またＡＩの高速演算に対応するＧＰＵや中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高性能化により、ＤＣでの発熱量は急速に増加しており、冷却設備の需要も高まっている。３１年のＤＣ向け冷却関連の世界市場は２４年比３・１倍の４兆４６８億円になると予測されている（図）。

　国内でもＤＣ関連の市場は活発化しており、ＤＣ新設・増設の動きが加速している。富士キメラ総研のＤＣビジネスの国内市場の調査によると、国内ＤＣの総床面積は２９年には２３年比４１・５％増の約６１６万平方メートルを見込んでいる。地域別では１万５０００平方メートルを超えるメガクラウドベンダー向けのハイパースケールＤＣが計画される関東や関西が伸びをけん引するとみられる。

　国内のＤＣは関東圏が約６割、関西圏が約２割と都市部に集中している。一方で、今後の電力供給や事業継続計画（ＢＣＰ）対策といった観点から、北海道や九州などでもＤＣが新設され、地方分散化に向けた動きもある。経済産業省と総務省では電力と通信の両インフラの効率的な整備を目指す「ワット・ビット連携」を推進し、新たなＤＣ集積地の選定やＤＣ運用の効率化・高度化に向けた取り組みを進めている。

　また自動運転や工場の自動化（ＦＡ）の普及促進に向けて、データをリアルタイムで通信・処理することが求められている。こうした背景から、現場の近くに小規模なＤＣを配置する動きがあり、短期間で設置でき、設備の拡張性が高いコンテナ型ＤＣの導入も広がっている。

　国内のＤＣ新設・増設の動きが活発化する中で、ハイパースケールＤＣの建設・運用は外資系事業者の参入が進んでいる。このため、空調機はグローバルで実績のある海外製品を事業者自らが採用するケースが多いという。これに対して、ある空調機器メーカーは海外の入札基準に合わせて、自立制御の搭載した空調機や実機試験を実現することで、国内ＤＣの市場の販路拡大を進めている。

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　業務用空調機の総合メーカーである新晃工業は、中期経営計画における重点施策の一つであるＤＣ市場での拡販のため、専門事業部を２３年度に設立した。

　高性能・高発熱サーバーが増加している中、市場ニーズに応えるため大容量かつ省スペースで高機能なＤＣ向け空調機を開発。加えて、国内最大級の実負荷能力試験設備を有する総合実験棟「ＳＩＮＫＯ　ＡＩＲ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＬＡＢ」を設けるなど、信頼性の高い製品開発を推進することで、事業展開の強化を図る。国内外の引き合い・受注は順調に推移している。

電力確保が課題／エネルギー効率向上急務

　ＤＣの増設が活発化している中、課題となっているのが電力の確保だ。ＩＴ調査会社のＩＤＣジャパンの調べによると、国内ＤＣに設置されるＡＩサーバーの電力容量は、２８年末には２４年比約３・２倍の２１２メガワットとなる見込みで、これは首都圏や関西に相次いで建設されているハイパースケールＤＣの約５—８棟分に相当する。

　この電力容量は、サーバーが必要とする電力のみの推定のため、ネットワーク機器や冷却機器などの電力を含めると、これ以上の電力容量が必要になるとみられる。

　ＡＩの学習や推論に用いるデータの規模は拡大し続けている。ＩＣＴ技術の進展に伴うＣＰＵ、ＧＰＵの性能強化により、電力消費は今後も増加が予想され、省エネルギー化と電力確保が急務。ＤＣ全体のエネルギー効率向上と再生エネルギーの利活用が重要性を増している。

　政府はＤＣのエネルギー消費効率の改善に向けた技術開発支援と法整備に向けた取り組みを進めている。経済産業省は２９年度以降に新設するＤＣに対して、省エネ基準への適合の義務化を検討。ＤＣの電力使用効率（ＰＵＥ）を指標とし、稼働から２年が経過した翌年度に実績値で１・３以下とする基準案を策定している。

　主にサーバー室面積が３００平方メートル以上もしくは年度のエネルギー使用量（原油換算）が１５００キロリットル以上のＤＣを対象としている。ＰＵＥは施設全体の消費電力をサーバーなどＩＴ機器の消費電力で割って求め、１に近いほど電力の利用効率が高いことを表す。

　また経産省は３０年度に事業者平均ＰＵＥを１・４以下とする目標を掲げ、一定規模以上のＤＣ事業者に対してＰＵＥ値の定期報告を義務付けている。事業者に効率改善に向けた中長期計画の公表を求めることや、情報処理時のエネルギー効率を評価する指標も検討している。

　政府はサーバーの冷却システムなどＤＣの省エネ化などに貢献する技術開発を支援する方針だ。技術開発を促進するとともにＤＣ事業者による導入を推進することで、持続可能なＡＩインフラの整備を後押しする。

　ＡＩの高速演算に対応したＧＰＵは従来のプロセッサーと比べ、数倍もの電力容量が必要になるという。高性能なＧＰＵを搭載したＡＩサーバーは、１ラック当たりの電力容量が４０キロ—１００キロワットクラスになるともいわれている。

　高い電力容量の要求に伴い熱密度も高まり、省エネに加え、ＧＰＵやサーバーが安定して稼働するためにも冷却技術が求められている。