データセンターの未来を支える鍵—液冷技術の重要性

人工知能（AI）の進化が止まることなく加速する中、膨大な演算処理に伴い、消費電力の増加と発熱の深刻な問題が浮上しています。チップの温度が上がると、寿命が短くなる傾向があるのは周知の事実で、業界では「コア温度が10℃上がるごとに、チップの寿命が半分になる」とも言われています。熱の放散が適切に行われなければ、チップが過熱し、性能が低下したり、最悪の場合は損傷を受けたりして、データセンターの安定稼働に深刻な影響を及ぼしかねません。このような“高熱”のリスクからチップを守るために、新たな熱対策として台頭しているのが、液冷（リキッドクーリング）技術です。

液冷技術：AIの演算能力を冷却する最先端技術

液冷とは、冷却プレートや浸漬型、スプレー型といったさまざまな方式を含む冷却技術の総称であり、データセンターの熱対策として注目されているソリューションです。液冷では、空気ではなく液体を熱媒体として使用することで、直接熱を吸収・移動させ、効率的な放熱を実現します。液体は空気と比べて比熱容量や熱伝導率が非常に高く、同条件下で空冷と比べて1,000〜3,500倍もの冷却効率を持つとされています。このような優れた熱性能により、液冷は高密度・高電力のサーバー環境に最適であり、装置の温度を効率よく下げると同時に、システムの安定性向上にも寄与します。

初期の実際のデータセンターにおける導入事例では、液冷技術が驚異的な成果を上げています。調査によると、従来の空冷型データセンターと比較して、液冷型データセンターはエネルギー使用量を約30%削減することができました。さらに、液冷サーバーはより高い動作温度にも耐えられるため、追加の冷却リソースへの依存度も低減できます。つまり、液冷システムは演算密度を高めながら、全体のエネルギー効率も向上させるのです。

浸漬冷却：限界を超える放熱効率

液冷の中でも「浸漬冷却（イマージョンクーリング）」は、熱源となるコンポーネントを冷却液に完全に浸すという、直接接触型の代表的な冷却手法です。循環する液体が動作中に発生した熱を吸収し、熱を移動させる仕組みです。熱源が冷却液と直接触れているため、放熱効率が非常に高く、ファンを使用しないため静音性にも優れています。なお、冷却液が液体から気体に変化するかどうかにより、「単相型」と「相変化型」の2種類に分類されます。

この方式では、各サーバーに専用のエンクロージャ（密閉容器）が必要となるため、ある程度の設置スペースが必要ですが、既存のサーバー設計を大きく変えることなく、冷却液と一体化する形で導入可能です。従来の分散型冷却ソリューションと比較して、単位面積あたりの装置の搭載密度を向上させることができます。

マイクロ流体技術：チップレベルで精密冷却を実現

液冷をチップレベルで適用する最先端アプローチとして注目されているのが「マイクロ流体（マイクロフルイディクス）技術」です。チップ本体やパッケージ内に微細な流路を組み込み、冷却液を熱源近くに直接届けることで、効率的な熱移動を可能にします。この技術の特徴は、熱の移動経路を高精度で制御できる点にあり、熱抵抗を大幅に低減し、チップの動作温度を効果的に下げることができます。

中でも注目されているのが、チップ内にマイクロチャネルを直接埋め込む「3Dマイクロ流体液冷システム」です。冷却液がこのチャネル内を流れ、熱を吸収・移動させます。最新の水冷システムでは、キャピラリ（毛細管）構造や分岐流路層を組み込んだ3D構造が採用されており、冷却性能の指標である「COP（Coefficient of Performance）」は、従来技術をはるかに上回る10⁵に達しています。これは、高出力電子機器における熱管理課題に対する新たな突破口となる設計です。

アヴネット：液冷技術のフロントランナー

演算パワーの“熱”を冷ますために

近い将来、AIの急成長に伴い、世界各地に新たなデータセンターが次々と設立されるでしょう。この流れは、データセンターの電力供給や熱管理に大きな課題をもたらします。安定的かつ効率的な運用を実現するには、機器の温度を適切に管理する技術が不可欠です。実際、業界の研究開発の焦点は、熱管理技術の進化に集中しています。チップレベルのマイクロ流体冷却から、サーバーレベルの直接液冷、浸漬冷却といったソリューションに至るまで、関連技術は今もなお進化を続け、開発・試験・実装が進んでいます。液冷は、AIの飛躍的な発展を支える鍵となるだけでなく、AI時代の新たなデータセンターの拡大を可能にする中核技術として、今後ますます重要性を増していくでしょう。