データセンターの熱管理ソリューション

1. AIコンピューティング能力がデータセンターのインフラストラクチャを再定義している

デジタル経済の時代において,コンピューティング能力は,熱エネルギーや電力に次ぐ中核的な生産性となっています。人工知能,クラウドコンピューティング,高性能コンピューティング（HPC）の急速な発展に伴い,データセンターは,運輸,金融,製造,医療,通信,エネルギー,科学研究といった産業の基盤へと進化を遂げています。

IDCとCAICTの予測によると,世界のAIコンピューティング能力は2030年までに16ZFLOPSを超えると予想されており,AI駆動型インテリジェントコンピューティングがコンピューティング需要全体の90%以上を占める見込みです。2023年から2030年にかけて,世界のAI市場は年平均成長率35%以上で成長し,市場規模は11兆米ドルを超えると予測されています。

AIが市場を牽引する主要な原動力となるにつれ,チップの電力密度の急速な上昇は,データセンターの熱管理要件を根本的に変革しつつある。

2. AIチップの電力密度の上昇は,深刻な熱問題を引き起こす

GPU,ASIC,ハイエンドアクセラレータなど,最新のAIチップは,熱設計電力（TDP）を前例のないレベルまで押し上げている。

• AIトレーニング用のハイエンドGPUは現在700～1400Wを超え,次世代製品は2000W以上に近づいている。

• ASICアクセラレータとFPGAプラットフォームは,ラックあたりのパフォーマンスを最大化するために,電力密度を継続的に向上させている。

• 高密度サーバー配置は,利用可能な空気流量と放熱マージンを大幅に減少させる。

このような状況下では,従来の空冷方式には明らかな限界がある。

電子機器の信頼性に関する「10度ルール」によれば,動作温度が10℃上昇するごとに,部品の寿命は30～50%短縮されます。過熱はシステムの安定性を損なうだけでなく,故障率やメンテナンスコストの増加にもつながります。

3．データセンターにとって液冷が不可欠になりつつある理由

3.1 エネルギー効率とPUEの最適化

電力使用効率（PUE）は,現代のデータセンターにとって重要な指標となっている。

• 従来の空冷式データセンターは通常,pUE 1.4～1.5で稼働する。

• 液冷式データセンターは1.2以下のPUEを達成でき,一部のアーキテクチャではさらに低い値も実現できる。

液冷システムはファンの消費電力を大幅に削減し,エネルギー利用効率を向上させることで,運用コストと二酸化炭素排出量を直接的に削減します。

3.2 高密度展開のサポート

ラックの電力密度が上昇し続けるにつれて,気流ベースの冷却では拡張性が難しくなります。液体冷却では以下のことが可能になります。

• 単位面積当たりの熱流束処理能力が高い

• よりコンパクトなサーバーレイアウト

• 限られたスペースでの柔軟な展開

3.3 信頼性と熱制御の向上

液冷方式では,チップから直接熱を放出できるため,熱抵抗が低減され,高負荷が継続した場合でも接合部温度が安定する。

4. データセンター液冷技術の概要

4.1 液冷システムの種類

これらのソリューションの中で,コールドプレート式液冷は,効率性,保守性,既存のサーバーアーキテクチャとの互換性のバランスが優れているため,AIデータセンターにおいて最も成熟し,広く採用されている手法であり続けている。

5．冷却液と熱性能に関する考慮事項

冷却液の特性は,システムの安全性,効率性,および持続可能性に直接影響を与えます。水系システムと比較して,二相冷却で使用される誘電性冷媒は,電気絶縁性や相変化熱伝達など,明確な利点を提供します。

主要業績評価指標には,沸点,潜熱,作動圧力,熱伝導率,および環境影響（地球温暖化係数）が含まれる。

二相冷媒は,低い流量で高い熱伝達を可能にし,ポンプの消費電力を削減し,システム全体の効率を向上させる。

6. 従来の水冷プレートの課題

水冷式冷却プレートは広く使用されているが,長期運用においていくつかの固有のリスクが存在する。

6.1 腐食リスク

ろう付けによって組み立てられた銅製マイクロチャネル冷却板は,材料の電位差に加え,酸素,酸性度,微生物活動によってガルバニック腐食を起こす可能性がある。

6.2 閉塞リスク

マイクロチャネルは,スケールの蓄積,酸化副生成物,および生物学的増殖の影響を受けやすく,これらは流れを阻害し,熱伝達効率を著しく低下させる可能性がある。

6.3 漏洩リスク

シールの劣化,チューブの劣化,コネクタの疲労は,冷却液漏れのリスクを高めます。水は導電性があるため,漏れが発生すると短絡や機器の重大な損傷につながる可能性があります。

7. データセンターの熱管理におけるKingkaの役割

7.1 ワンストップの熱ソリューションプロバイダー

15年の経験を持つkingkaは,データセンター,電子機器,再生可能エネルギー用途向けの高性能ヒートシンク,カスタム液体冷却プレート,精密機械加工部品を専門とする信頼できるメーカーです。

当社の能力は,熱設計やCFDシミュレーションから,精密製造,試験,梱包,そしてグローバル配送に至るまで,製品ライフサイクル全体を網羅しています。

7.2 高度な製造能力

• 最大±0.01mmの公差を持つ高精度CNC加工

• 複雑な形状のコールドプレート加工のための5軸加工

• 高性能熱構造物向けのスキビング,押出成形,および摩擦攪拌接合（FSW）

• 液漏れ防止型液体冷却板の製造および一体型組立

7.3 厳格な品質保証

• ISO 9001:2015およびIATF 16949認証取得済みプロセス

• 100%寸法検査およびCMM測定（精度1.5μm）

• ガス/液体漏れ試験および耐圧試験

7.4 エンジニアリング主導のカスタマイズ

kingkaは顧客と緊密に連携し,実際の運用条件に基づいて設計を最適化し,性能,信頼性,製造性,コストのバランスを取ります。

8. 次世代AIデータセンターの実現

AIコンピューティング能力の急速な向上に伴い,熱管理は二次的なエンジニアリング上の考慮事項ではなく,戦略的なインフラストラクチャ上の課題となっています。高性能AIチップとデータセンターアーキテクチャの潜在能力を最大限に引き出すには,効率的で信頼性が高く,拡張性の高い冷却ソリューションが不可欠です。

キングカは,高度な熱工学,精密な製造,そしてエンドツーエンドのカスタマイズを組み合わせることで,世界中のお客様が高効率で将来を見据えたデータセンターの熱管理ソリューションを構築できるよう支援することに尽力しています。