2023.9.28

冷却オイルでサーバーを冷却。大幅なCO2削減を実現する仕組み

冷却オイルの入った液槽にサーバーを入れて冷却する。KDDIは、「液浸冷却システム」を使ってデータセンターのカーボンニュートラルを目指しています。

「文字通り、冷却オイルを満たした液槽にドボンとサーバーを浸して冷やします。液体は空気に比べて熱を奪う能力が4倍と大きく、瞬時にサーバーの熱をとってくれるのです」こう説明するのは、KDDI プラットフォーム技術部の加藤真人です。

KDDI株式会社ソリューション事業本部 DX推進本部プラットフォーム技術部エキスパート加藤真人

冷却オイルの入った液槽にサーバーを浸して排熱

サーバーのような精密機械は液体に浸してはいけないというイメージがありますが、電気を通さない絶縁性の冷却オイルを使うことで、液槽に入れてもショートすることなくサーバーが安全に稼働できます。

液浸冷却のための特別なサーバーを用意する必要はなく、通常のサーバーに内蔵されている冷却用のファンとハードディスクドライブなどの駆動部を取り外し、SSDなどの駆動部がない部品へ換装すれば既存のサーバーを液浸冷却に対応させることができると、KDDI プラットフォーム技術部の谷岡功基は説明します。

KDDI株式会社ソリューション事業本部 DX推進本部プラットフォーム技術部インフラ基盤3G 谷岡功基

「回転する機構を持つ装置は液体のなかでは必要がないので取り外していますが、実はこれも脱炭素に貢献しています。というのも、サーバーに必要な電力の10％から20％がファンを回すのに使われており、それを取り外すことで消費する電力も減ることが分かったのです」（谷岡）

冷却のための仕組みと省電力化のポイント

液浸冷却システムはサーバーを冷やすための「液浸冷却装置」と「冷却オイル熱交換器」「フリークーリング（外気冷却）装置」で構成されています。サーバーを冷やして熱を帯びた冷却オイルは、パイプを通って冷却オイル熱交換器に送られ、冷却水によって冷やされて液浸冷却装置に戻されます。フリークーリング（外気冷却）装置は、外気を使って熱を帯びた冷却水を冷やすための装置で、常に冷えた状態の冷却水を冷却オイル熱交換器に供給しています。

冷却オイル熱交換器とフリークーリング（外気冷却）装置

この仕組みのポイントは、サーバーを冷やすための冷却オイルの温度が比較的高くても良いところです。一般的なデータセンターでは室温を20℃〜22℃に保ってサーバーを空気で冷却していますが、液体の液浸冷却システムなら40℃〜45℃くらいでもサーバーの熱を取ることができるのです。

「液体は熱を奪う能力が空気よりも優れているため、40℃の冷却オイルでもどんどんサーバーを冷却してくれます。そのため、夏の暑い日でも、サーバーの熱によって60℃くらいに温まった冷却オイルを40℃くらいまで下げて循環することで、確実にサーバーの温度を一定に保つことができます」（加藤）

この温度であれば、冷却装置にエアコンを使う必要がありません。「扇風機だけで済む」（加藤）ことから電力を大幅に削減でき、それがCO2排出量の削減につながっています。

判断軸は「地球にやさしいか」

液浸冷却システムを開発するにあたって、加藤は「いかに地球にやさしいシステムにできるかにこだわった」と話します。

サーバーを冷やすための冷却オイルには温暖化への負荷が少ない鉱油を使い、冬に冷却水の凍結を防ぐ手段についても不凍液を使わず、パイプの中で凍らないよう水流を微妙にコントロールする仕組みを採用しています。

「開発の際、選択の一つひとつで地球にやさしいかどうかを重視してきました。カーボンニュートラルの実現に向けて広く使ってほしい技術なので、いかに環境負荷を少なくするかも重要なポイントでした」（加藤）

データセンターが増える中、CO2の排出を劇的に減らして地球に優しい環境づくりを。KDDIは新技術の実用化でデータセンターのカーボンニュートラル実現を目指します。