（12/10）【経済産業省資源エネルギー庁PUE「1.3以下」規制対応】AIデータセンターの省エネ液冷化設計

株式会社エルエックススタイル 板橋事業所 代表取締役社長 杉田 正 氏

セミナーポイント

■はじめに
　わずか25年で、データセンター内1ラック消費電力は0.2KWから1MWに5,000倍になろうとしている。原因のAIサーバーについて解説し、膨大な消費電力における省エネ技術、対応する経済産業省資源エネルギー庁PUE「1.3以下」規制対策を解説する。

■ご講演中のキーワード：
AIデータセンター、データセンター液冷化、データセンター省エネ化、クラウドサービス、エネ庁PUE=1.3以下規制

■受講対象者：
データセンター構築に関する知見を得たいと考えている方
データセンター省エネ技術にご興味がある方
データセンター水冷化に取り組んでいるが実例を知りたいと考えている方

■必要な予備知識や事前に目を通しておくと理解が深まる文献、サイトなど：
日経BOOKPLUS
https://bookplus.nikkei.com/atcl/column/092400567/010800007/
経済産業省資源エネルギー庁
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/data_center2026.html

■本セミナーで習得できること：
インターネットの仕組みとデータセンターの役割
AI技術のノウハウと今後

セミナー内容

1．データセンターの重要性　AIをスマホで使える！
あなたが毎日スマホを使うことは、毎日データセンターを使うことと同じです。
かつて電話局が繋いでいた世界を、今はMeta・Azure・Google・AWSなどのハイパースケーラーが自社ネットワークで繋ぎ、メールや音声を無料で配送しています。
ハイパースケーラーは世界のDC容量のほぼ半分を占め、2031年には67%に達する見通しです。
スマホでボタンを押して画面が動かなければ誰もサービスを使わないため、サービス満足度は処理スピードに直結します。
その結果、データセンターは大きくなり続けています。

2．サーバ性能向上　「遅いと客が逃げる」広告モデル
Linux、Docker、Kubernetes、GitHub、Pythonなど、サーバのソフトウェアはほとんど無料のOSSです。
それでも儲かるのは、お客さんを集めて収益を得る「広告モデル」だからで、遅いと客が逃げるためスピードが売上を左右します。
スマホ向けクラウドは負荷で増減するため、Kubernetesがスケールを制御し、0.5秒以下で1,000コンテナを起動するシステムが求められます。
ソフトの進化が高速ハードを要求し、1ラック電力は25年で0.2kVAから1MWへ5,000倍になりました。
NVL-72は1ラック120kVA・4.5〜7億円で毎週2,000ラック出荷され、8ラックで約1MWの時代です。

3．スピードを仕様に入れろ！HPCクラウドサービスの構築
クラウドサービスとは「お金を払えば性能がスケールアップする」仕組みであり、スピードを仕様に入れることが出発点です。
HPCクラウドは「インフラ基盤」「クラスタ管理」「サービス層」の3レイヤーで設計します。
インフラはベアメタル＋RDMAインターコネクト＋並列ファイルシステム、クラスタ管理はSlurmなどのジョブスケジューラとオートスケーリング、サービス層はOpen
OnDemandベースのWebポータルとREST APIです。
AWS・GCP・Azureはいずれも高速なHPC環境を提供し、自社構築ならInfiniBand NDR400GのFat-Tree構成と水冷ラックで組みます。
ただし「出来ました」で終わらせず、次のセキュリティとコスト積算が必要です。

4．データ管理とセキュリティの実装
FSx for Lustreなどの高速ストレージを構築し、IAMによる詳細なアクセス制御とKMSによる常時暗号化でデータを守ります。
GrafanaやPrometheusで稼働率とコストを可視化し、膨大な発熱には省エネ液冷システムが必須です。
セキュリティ対策とデータセンター利用料を積算できなければ、クラウドサービスの料金は設定できません。
積算項目はゼロトラスト・MFA・業務フロー、機器選定・償却・回線費、HSMを含むジョブコントローラ、データセンター利用コストの4つです。
データセンターは自社構築が圧倒的に安価で、電話局スペックではHPCサービスは成立しません。

5．業務フローサンプルとゼロトラスト・MFA
ゼロトラストは「HPCの機動力」と「鉄壁の守り」を両立させる設計思想で、VPN境界型防御からアイデンティティ中心へ転換します。
計算ノードは完全なプライベートサブネットに閉じ込め、データは人の管理ではなくシステムの仕組みで自動的に守ります。
認証は要求・検証・評価・認可・監視の5ステップで、MFAとデバイス健全性チェックをPolicy Engineが判定します。
MFA/MDMに侵入されるとアウトなので、原子時計のグランドマスタークロック、HSM、TPMなどハードウェアで支援します。
業務フローは申込・オプション契約・作業・障害発生・緊急報告・契約後・解約で構成し、所要時間をベンチマークして短縮することがサービス品質向上になります。

6．約款サンプル
企画部と技術部は、営業部に「どんなサービスを売ってもらうか」を仕様書として示す必要があります。
その仕様書が約款であり、約款で価格が決まります。
価格の裏付けにはセキュリティ対策・運用コスト・設備償却費を盛り込んだ技術仕様書が欠かせません。
約款サンプルは細かい文字で10ページ程度ですが、ユーザーは規定されていない隙を狙ってきます。
そのため各業務フローと約款を対応させ、全自動化できれば広告宣伝料だけでのサービス提供も可能になります。

7．インフラ編　省エネデータセンター構築ノウハウ
覚えるべきは「PUE=1.0が理想」「冷やす機械ではなく熱を捨てる機械」「比熱が数千倍違う水で熱を運ぶ」の3点です。
省エネ手法は寒暖分離、室温を上げる（コールドアイル27℃）、COP100以上のドライクーラー、高性能熱交換器の4つで、いずれも空調技術の基本です。
これでpPUEは1.2以下、新型UPSと高効率トランスでPUE1.1以下も実現でき、1MWで15年間にPUE1.4→1.1なら6億円、3.0→1.2なら19億円の省エネになります。
産総研ABCIはDLC水冷＋空冷ハイブリッドでpPUE1.1以下を8年以上運用し、温水は32℃から45℃に到達しました。
4MW設計例ではNVL-72 120kVA×32ラックをハイブリッド冷却塔（1,500kW型n+2）と32〜45℃温水で排熱し、冷凍機をほぼ使いません。

8．液漏れ無し・定流量弁・重量物が吊れる天井
DC内で水使用を禁止する規程はなく、室温23℃以上なら結露せず、漏水防止クイックコネクタ（UQD）を使えば水は洩れません。
ストーブリの流体クイックコネクタは液漏れ無し・大容量対応で、設備工事を大幅に簡略化します。
CDUが要求する水量を保つ定流量弁が肝であり、送水圧力が変動してもCDUに一定の水量が流れます。
密閉式循環ループは配管自体が蓄熱タンクとなり瞬停に対応し、太い配管で揚程を下げればポンプ電力も削減できます。
サーバの重量化で床耐荷重の要求が上がるため、天井配管にはDAIKEN『サーバールーム用システム天井』のような重量物が吊れる耐震天井を用います。

9．ワット・ビット
電力グリッドに影響が出てきたため、電力と通信を一体整備する政府の「ワット・ビット施策」が始まりました（三菱総研資料の第5章はLXスタイル杉田が担当）。
東電PGには2024年度末で15GWのDC連系申込があり、電力会社と需要家双方で受変電設備や施工力が不足しています。
この電力制約から、AIデータセンターは水冷を採用するしかありません。
経産省は1GW級受電を要件とする「GX戦略地域」に北海道・秋田・宮城・栃木・茨城・富山・香川・福岡・鹿児島の9道県10地点を選定し、DCの地方分散を進めています。
電気代試算ではNVL-72の進化で2030年以降の年間電気代が約72億円に達し、PUE1.3と1.2の差額だけで年間7億円規模になります。

出典：株式会社情報機構（https://johokiko.co.jp/seminar_chemical/AD2612C8.php）。掲載は情報機構との提携によります。