液冷、液浸冷却システムの導入と運用、課題

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本セミナーでは、先端サーバー、データセンターの熱対策で期待される液体浸漬冷却について取り上げ、複雑なシステム設計、保守・メンテナンスなどの導入と運用の課題について詳解いたします。

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プログラム

第1部 AIデータセンター、サーバーで求められる放熱デバイスの設計と熱抵抗

(2026年2月10日 10:00〜11:30)

　近年のAI普及に伴い、メディア等で耳にする機会が急速に増えてきたデータセンターであるが、一般に目にする機会が少ないため、その概要は謎に包まれている部分が多い。膨大な電力を消費し、大量の熱を発生するため非常に強力な冷却方式が採用されており、一般的な放熱方式とはやや異なる部分もある。 　データセンターの冷却方式には、空冷・液冷・液侵の3方式があるが、主要な冷却デバイスとしては、ヒートシンクとコールドプレートを挙げることが出来る。本セミナーでは、これら二つの放熱デバイスについて、その特性や設計手法を、熱抵抗の観点から詳しくご紹介する予定である。

  1. 熱抵抗とは
    1. 実体験としての熱抵抗
    2. 放熱経路は内部の熱抵抗が決定する
    3. 熱抵抗の定義と実用上の注意点
    4. 熱移動を支配する基本法則
    5. 熱抵抗と熱伝導
    6. 熱抵抗に影響を与える因子
  2. 空冷方式におけるヒートシンク
    1. ヒートシンクの熱抵抗
    2. ヒートシンクの形状パラメーターを決定する
    3. 広がり熱抵抗
    4. 自然対流と強制対流
    5. データセンター向けのスタックドフィンを理解する
  3. 液冷方式におけるコールドプレート
    1. コールドプレートの内部構造
    2. コールドプレートの熱抵抗
    3. コールドプレートの熱抵抗に影響を与える因子

第2部 電界共役流体を用いたCPU液冷システム

(2026年2月10日 12:10〜13:40)

　高電圧を印加することで電極間に流動が発生する絶縁性液体、すなわち電界共役流体 (ECF) を用いたポンプの構成と性能について解説する。また、このポンプを応用したCPU液冷システムの構成、冷却性能、および課題についても説明する。

  1. 電界共役流体 (ECF) とは
  2. 管路形ECFポンプを用いたCPU冷却システム
    1. 管路形ECFポンプの構造
    2. 管路形ECFポンプ性能試験用実験装置と実験条件
    3. 管路形ECFポンプの圧力 – 流量特性
    4. 管路形ECFポンプを用いたCPU液冷システムの構成と実験条件
    5. 管路形ECFポンプを用いたCPU液冷システムの性能試験結果
  3. メッシュ電極型ECFポンプを用いたCPU液冷システム
    1. メッシュ電極型ECFポンプの構造
    2. メッシュ電極型ECFポンプ性能試験用実験装置と実験条件
    3. メッシュ電極型ECFポンプの流量特性
    4. メッシュ電極型ECFポンプの圧力特性
    5. 放熱塗料性能検討用実験装置と実験条件
    6. 放熱塗料性能試験結果
    7. メッシュ電極型ECFポンプを用いたCPU液冷システムの構成と実験条件
    8. メッシュ電極型ECFポンプを用いたCPU液冷システムの性能試験結果
  4. CPU液浸冷却システム
    1. 大気に放熱する液浸冷却システムの構成と実験条件
    2. 大気に放熱する液浸冷却システムの性能
    3. ECFと相変化を利用したCPU液浸冷却システムの構成と実験条件
    4. 異径管接合ポンプ
    5. CPU液浸冷却システムの性能試験結果
    6. 改良したCPU液浸冷却システムの構成と実験条件
    7. 改良したCPU液浸冷却システムの性能試験結果
    8. ヒートシンクを取り付けた液浸冷却システムの構成と実験条件
    9. ヒートシンクを取り付けた液浸冷却システムの性能試験結果
  5. まとめと今後の課題

第3部 AIサーバーの冷却へ向けた液冷、液浸システムの適用と実証実験、今後の課題

(2026年2月10日 13:50〜15:20)

　液冷、液浸冷却は、空冷方式の冷却とは異なり、IT機器を冷却液に直接浸すことで高効率排熱処理を実現する。この液浸冷却技術はこれまで、スーパーコンピュータの世界や学術研究等で活用されており、データセンターの一般的なIT機器においても、高密度化による高排熱が放出されることを踏まえ、本技術に着目し実証実験を行った。結果と、社会実装を行うにあたり注意すべき点や課題最近のトレンドについて解説する。 　データセンターにおける液冷、液浸サーバーを使用する場合の課題やメリットについて解説する。特にAIサーバーは年々高性能化に伴い、消費電力も大幅に増大する為、冷却に使用する電力も増加するが、液冷、液浸冷却を使用することで消費電力の低減が見込める。AIトレンドと冷却トレンドについて習得が見込める。

  1. はじめに (データセンターの省エネの現状)
  2. 液浸冷却システムを活用したデータセンター実現に向けて取り組んだ経緯
  3. 液浸冷却技術に着目
    1. 一相式液浸冷却とフリークーリングへ着目
  4. 実証実験の概要
    1. 液浸冷却の目的
  5. 実証実験で明らかになった効果
    1. PUE1.1以下の達成
    2. 特徴
    3. 汎用サーバーの液浸化の試み
    4. 汎用IT機器の活用とIT機器に与える付加価値効果
    5. 保守・メンテナンス
  6. 問題点、社会実装に向けた課題と解決策
    1. 保守・メンテナンス
    2. 導入コストと運用、保守コストを考慮したTCOとしてのトレードオフ点の確認
    3. 液浸サーバーのベンダからの提供
  7. おわりに (社会実装を含めた今後の展望)

第4部 最先端データセンター、サーバへの液体浸漬冷却の適用

(2026年2月10日 15:30〜17:00)

  1. データセンターの変遷と今後の動向
    1. データセンターの社会的使命
    2. クラウド時代の冷却設計
    3. HPC、生成AI時代における冷却設計
    4. 省エネ設計の課題、空調の省エネとサーバの省エネ問題
    5. データセンターの電力問題
  2. サーバのチップレベルからの冷却課題
    1. チップと放熱、TIM、空冷、水冷問題
    2. コールドプレート冷却と課題
    3. 一相液浸、二相液浸設計と将来動向
  3. クラウドのサーバのマイクロサービスと分散化技術
    1. マイクロサービスがなぜ必要か
    2. データセンターの分散化とエネルギー問題
    3. 分散化と空調制御方式技術
  4. 液浸冷却技術の開発動向
    1. DLC冷却設計
    2. DLCを用いたデータセンター事例
    3. 配管設計
    4. 一相液浸の技術
    5. 溶剤の選択と熱伝達率問題
    6. 一相液浸設計事例、他社の動向
    7. 二相液浸の技術、チップからの熱移送
    8. 冷媒の選択と性能
    9. 二相液浸の設計事例と他社の動向
  5. データセンターの今後の課題と展望
    1. エネルギー問題
    2. CPU/GPUチップの動向展望
    3. ビル型データセンターとコンテナデータセンター
    4. 既存ビルのリニューアルと空調システム
    5. 脱炭素への対応

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