マイクロソフトのゼロウォーター冷却：データセンターへの教訓
マイクロソフトの新しいゼロウォーター冷却システムは、1台あたり3,300万ガロンの水を節約できる可能性がある。 データセンター 毎年。
MuntersとZutaCoreのウォーターレスダイレクトチップデータセンター冷却
価値の概要:
マイクロソフトは、 ゼロ水冷却システム チップレベルの冷却と閉ループ技術を用いることで、水分の蒸発をなくす技術です。このアプローチは、特にアリゾナ州のような水不足の地域において、節水、エネルギー効率の向上、そして環境負荷の軽減を実現します。マイクロソフトは2027年までに、この冷却方式を全拠点の標準にすることを目指しています。 データセンター.
主な利点:
- 節水: 施設ごとに年間 3,300 万ガロンの水を節約します。
- エネルギー効率データセンターの寿命全体で 15～20% の電力消費を削減します。
- 環境への影響水資源への圧力を軽減し、温室効果ガスの排出量を最大 21% 削減します。
- 実装: 初期費用と長期的な節約のバランスをとるために新しい施設に重点を置きます。
簡単な比較:
| 冷却方法 | 水の使用量 | エネルギー効率 | 環境への影響 | 実装コスト |
|---|---|---|---|---|
| ゼロ水冷却 | ほぼゼロ | 高い | 水への影響は最小限 | 高い |
| 蒸発冷却 | 高（0.48ガロン/kWh） | 適度 | 地元の水を搾取する | 適度 |
| 閉ループ冷却 | 低（初期充填） | 一貫性のある | 化学物質の使用を減らす | 初期投資額が高い |
橋：
Microsoft のゼロウォーター冷却システムは、持続可能なデータセンター運用の新たなベンチマークを確立しましたが、他の冷却方法と比べてどうなのでしょうか？詳細を詳しく見ていきましょう。
1. マイクロソフトのゼロウォータークーリング
マイクロソフトは、データセンター向けに画期的な冷却技術「ゼロウォータークーリング」を導入しました。このシステムは、水を蒸発させることなく継続的に循環させる閉ループ設計を採用しています。チップレベルの冷却と高度な液体冷却方式を組み合わせることで、サーバーを適切な温度に保ちながら、水の無駄を完全に排除します。
現在、マイクロソフトはこのシステムを新しい建設現場でテストしている。 アリゾナ州フェニックスとウィスコンシン州マウントプレザント同社は2026年に稼働開始を予定しており、2027年後半までに、ゼロウォーター蒸発冷却方式を全データセンターの標準冷却方式とする計画です。以下では、ゼロウォーター蒸発冷却方式が水使用量、エネルギー効率、環境へのメリット、そして導入コストに及ぼす影響について考察します。
水の使用量
ゼロウォーター冷却システムは、水の蒸発を一切必要としないことからその名が付けられました。建設時にシステムに水を満たせば、サーバーとチラーの間を同じ水が無期限に循環し、交換の必要はありません。
この設計は節水に多大な効果をもたらします。このシステムを採用した各データセンターは、節水効果が期待できます。 年間3,300万ガロンの水 これは、マイクロソフトのデータセンターが現在1施設あたり年間に消費している水量とほぼ同等です。実質的に、この技術によって冷却目的の水の使用を完全になくすことができる可能性があります。
エネルギー効率
マイクロソフトのシステムは、水の節約に加えて、データセンターを最低稼働温度にすることでエネルギー効率を向上させます。 気温上昇これにより、よりエネルギー効率の高いチラーの使用が可能になり、全体的な電力消費を削減できます。
従来の空冷からコールドプレートなどの液体冷却方法に切り替えると、エネルギー使用量を 15～20パーセント データセンターの寿命全体にわたって、温室効果ガス排出量は 15～21パーセント一貫した冷却性能を維持しながら実現します。
マイクロソフトも実験中 高効率エコノマイザチラー 高温水で稼働するチラーです。これらの先進的なチラーは、蒸発冷却システムからの移行時に発生する可能性のある電力使用効率（PUE）の上昇を抑えるのに役立ちます。
環境への影響
ゼロウォーター冷却の環境的メリットは、水とエネルギーの節約にとどまりません。この技術は、特にアリゾナ州のように水資源が既に限られている地域において、データセンターが地域の水供給に与える負担への懸念に対処します。
「地元の流域を保護することは、当社のデータコミュニティ誓約の重要な部分であり、私たちは事業を展開するコミュニティにプラスの影響を与えることに尽力しています」とスティーブ・ソロモンは述べています。
これらのメリットの大きさは、従来の冷却方法を使用している単一のハイパースケールデータセンターが最大で 1日あたり396,000ガロンの水この需要をなくすことで、マイクロソフトのシステムは地域の水供給への負担を大幅に軽減します。空冷システムと比較して、全体的な水消費量を 31～52パーセントこれは、水不足に直面している地域にとって大きな変化をもたらすものとなるでしょう。
実装コスト
マイクロソフトはゼロウォーター冷却システムの導入にかかる正確なコストを明らかにしていないが、この技術には多額の先行投資が必要であることは明らかだ。チップレベルの冷却インフラや閉ループシステムといった主要コンポーネントが、システムの複雑さとコストをさらに増大させている。このシステムは、プロセッサレベルでの直接的な液体冷却と複雑な水循環メカニズムを備えており、精密なエンジニアリングが求められる。
課題としては、チップレベルの冷却の信頼性確保、液体システムによるサーバーハードウェアへの潜在的リスクの管理、そして冷却インフラ自体のエネルギー需要への対応などが挙げられます。しかしながら、水使用量の削減とエネルギー効率の向上による長期的な節約は、これらの初期コストを相殺する効果があります。
経費を抑えるために、マイクロソフトは水ゼロ冷却を組み込むことに重点を置いています。 新しく建設されたデータセンター 既存のシステムを後付けするのではなく、このシステムを採用した施設を最初から設計することで、同社はコスト管理を改善しながら、将来の運用における持続可能性を優先することができます。このアプローチは、最新のデータセンター冷却ソリューションを計画する際に、初期投資と長期的なコスト削減および環境へのメリットのバランスを取ることの重要性を強調しています。
2. 標準的な蒸発冷却
標準的な蒸発冷却は、冷却塔内での蒸発によって水温を下げることで機能します。仕組みは、加熱された水を充填材に噴霧し、ファンがシステム内に空気を吸い込むというものです。このプロセスにより水の一部が蒸発し、残りの水が冷却されて再循環されます。
「蒸発冷却塔は、蒸発冷却の自然な力を利用して、工業プロセスや商業用 HVAC 快適冷却システムで使用される水の温度を下げます。」
水の使用量
標準的な蒸発冷却の最大の課題の一つは、水の消費量が多いことです。これは地域の水資源を圧迫する可能性があります。例えば、ハイパースケールデータセンターでは、1日あたり最大150万リットルの水を使用する場合があります。小規模な卸売施設でも、1日あたり約18,000ガロン（68,100リットル）を消費することがあります。
この冷却方法は蒸発による熱除去に依存しているため、システムを効率的に稼働させるには継続的に水を補給する必要があります。この継続的な需要は、アリゾナ州のような乾燥地域ではさらに問題となり、マイクロソフトなどの企業は水を使用しない代替手段を模索しています。
エネルギー効率
標準的な蒸発冷却は、大量の水を使用しますが、空気のみの冷却システムと比較して非常にエネルギー効率に優れています。この方式では、同じ量の熱を放出しながら、消費電力ははるかに少なくなります。例えば、間接蒸発冷却（IEC）システムは、フリークーリングシステムと比較して最大28%、空気冷却と比較して最大52%のエネルギーを節約できます。夏には、これらのシステムは周囲温度を6～8℃下げることができるため、特に暑い気候で効果的です。
この効率は、主に空気に比べて水の熱伝導性に優れていることに起因しています。しかし、湿度の高い環境では、直接蒸発冷却によって相対湿度が約80%（TP3T）まで上昇する可能性があります。この湿度上昇は機器の劣化につながり、微生物の増殖を促進する環境を作り出し、さらなる問題を引き起こす可能性があります。
環境への影響
標準的な蒸発冷却は、エネルギー節約と水消費量の間でトレードオフの関係にあります。一方で、空気のみの冷却システムよりも電力消費量が少なく、特に発電に化石燃料に依存している地域では温室効果ガスの排出削減に寄与します。一方で、蒸発による多大な水損失は、特に水不足地域では、地域の水供給に負担をかけます。このような地域では、データセンターは限られた水資源をめぐって住宅や農業と競合する可能性があります。蒸発した水は、地域の流域から永久に失われるため、環境への懸念が高まります。
実装コスト
コストの観点から見ると、標準的な蒸発冷却システムは、より高度な冷却技術と比較して比較的手頃な価格です。冷却塔、ポンプ、ファン、配管システムといった、広く普及しており技術者にも馴染みのある一般的なコンポーネントを採用しています。このコスト効率の良さから、多くのデータセンター事業者に選ばれています。例えば、世界最大級のデータセンター事業者の一つであるEquinixは、2023年現在、施設の40%で蒸発冷却システムを採用しています。この広範な導入は、合理的な導入コストと信頼性の高い冷却性能のバランスが取れていることを物語っています。
次のセクションでは、閉ループ冷却システムについて詳しく説明し、より明確な比較を行います。
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3. 閉ループ冷却システム
閉ループ冷却システムは、従来の蒸発冷却方式とマイクロソフトのゼロウォーター冷却技術の融合を実現しています。このシステムは、密閉されたループ内で一定量の流体を継続的に循環させることで動作します。流体はサーバーや機器から熱を吸収し、外部のラジエーターまたは熱交換器を通して放出します。蒸発冷却とは異なり、閉ループシステムは水を閉じ込めるため、蒸発、偏流、ブローダウンの発生を防ぎます。
2024 年 8 月、マイクロソフトはこのコンセプトをさらに推し進め、水蒸発ゼロの冷却システムを備えた AI ワークロード専用に設計されたデータ センターを導入しました。
水の使用量
閉ループシステムの際立った特徴の一つは、節水能力です。常に水を供給する蒸発式システムとは異なり、閉ループ設計ではセットアップ時に最初の給水のみが必要です。システムを水で満たすことで、これらの設計は水の消費量を大幅に削減します。マイクロソフトのデータセンターはこの効率性の高さを際立たせており、昨年度は水使用効率（WUE）0.30 L/kWhを達成しました。これは、2021年に報告された0.49 L/kWhと比較して39%の改善に相当し、初期のデータセンターモデルと比較して80%の改善という驚異的な数値です。
エネルギー効率
閉ループシステムは節水だけでなく、エネルギー使用も効率化します。ポンプ負荷を軽減し、伝熱面を清潔に保つことで、安定したエネルギー性能を確保します。ポンプに必要なエネルギーが少なく、長期間にわたって効率的な伝熱を維持するため、エネルギー使用の予測可能性を高める信頼できる選択肢となります。
しかし、いくつかのトレードオフがあります。乾式冷却システムは水の使用量を完全に削減しますが、エネルギー消費量は増加する傾向があります。この課題に対するマイクロソフトのソリューションには、高効率チラーとチップレベルの冷却が含まれており、電力使用効率（PUE）の潜在的な上昇を抑えるのに役立ちます。
実装コスト
閉ループシステムの初期費用は、主に特殊な熱交換器とポンプが必要となるため、従来の蒸発冷却システムよりも高くなります。しかし、これらのコストは長期的な運用コスト削減によって相殺されます。メンテナンス費用は低く、システムは設置の柔軟性に優れています。例えば、排熱装置は油圧バランス調整を必要とせず、施設内のより自由な場所に配置できます。この柔軟性とメンテナンスの軽減は、システムの長期的な運用上のメリットに貢献します。
環境への影響
閉ループ冷却の環境的メリットは、節水だけにとどまりません。閉ループ設計を含む液冷システムは、導入方法に応じて、温室効果ガス排出量を15%から82%削減する可能性があります。これらのシステムは水の蒸発を防ぐため、地域の水資源への需要を軽減します。さらに、化学処理の必要性が低減するため、化学物質の廃棄や取り扱いに伴う環境リスクも低減します。これらのメリットは大きく、綿密な計画が不可欠です。これらのシステムの環境的メリットを最大限に活用するには、冷却液の化学組成、廃棄方法、規制遵守といった要素を徹底的に評価する必要があります。
メリットとデメリット
様々な冷却方法の利点と課題を詳しく見ていきましょう。それぞれのアプローチにはトレードオフがあり、運用効率、環境配慮、予算の優先順位に影響を与えます。
マイクロソフトのゼロウォーター冷却 チップレベルの冷却により淡水の使用をなくすという点が際立っています。この方法は、特にデータセンターによっては毎日数百万ガロンもの水を消費することもあり、水不足への対応において画期的なソリューションとなります。しかし、初期費用が高額であることと、インフラの大幅なアップグレードが必要となることがネックとなっています。さらに、システムのエネルギー効率は電源に大きく依存し、チップレベルの冷却は複雑であるため、メンテナンスの負担が大きくなり、ダウンタイムが発生する可能性があります。
標準的な蒸発冷却 長年にわたり、信頼性と費用対効果に優れた選択肢として選ばれてきました。これらのシステムは、従来の冷媒式エアコンに比べて60～75%の電力消費量を削減できます。しかし、欠点もあります。1キロワット時あたり約0.48ガロンの水を消費し、そのうち30～40%が蒸発によって失われます。湿度の高い気候では効率が低下し、地域の水資源を圧迫するだけでなく、環境への汚染物質の排出につながる可能性があります。
閉ループ冷却システム 信頼性を犠牲にすることなく節水を優先する、妥協案を提供します。一度満水になると、これらのシステムは継続的な水損失を防ぎ、伝熱面が清潔なため一貫したエネルギー効率を維持します。また、蒸発式システムに比べてメンテナンスコストが低くなります。ただし、専用機器の初期投資は高額になる場合があり、不適切な最適化はエネルギー消費量の増加につながる可能性があります。
水は驚くほど効果的な熱伝導体であり、空気よりも最大 1,000 倍効率的であることは注目に値します。そのため、特定のシナリオでは液体ベースの冷却システムが特に魅力的になります。
| 冷却方法 | 水の使用量 | エネルギー効率 | 実装コスト | 環境への影響 |
|---|---|---|---|---|
| マイクロソフトのゼロウォーター | ほぼゼロの水使用効率（WUE） | 高（エネルギー源によって異なります） | 高（チップレベルの冷却が必要） | 地元の流域への影響は最小限 |
| 標準蒸発式 | 高（約0.48ガロン/kWh） | 従来のACより60～75%の省エネ | 中程度の初期投資 | 地域の水資源に負担をかける可能性がある |
| クローズドループ | 低（初期充填のみ） | 一貫性のある予測可能なパフォーマンス | 初期費用は高いが、メンテナンス費用は低い | 化学処理への依存度の低減 |
適切な冷却システムの選択は、立地、水の入手可能性、エネルギーコスト、規制要件など、いくつかの要因によって異なります。例えば、干ばつが発生しやすい地域のデータセンターでは、ゼロウォーターシステムまたはクローズドループシステムが適している一方、水資源が豊富でエネルギーコストが低い地域の施設では、蒸発冷却が適している場合があります。
米国のデータセンター冷却市場は2025年までに1兆4,350億ドルに達すると予想されており、こうした決定はこれまで以上に重要になっています。ホスティングプロバイダーは、 Serverion 特に世界規模の施設ネットワークを管理する場合には、パフォーマンス、コスト、環境への配慮の間で適切なバランスをとるために、これらの冷却技術を慎重に評価する必要があります。
結論
マイクロソフトのゼロウォーター冷却技術は、データセンター業界にとって大きな前進となります。チップレベルの冷却ソリューションによって水の蒸発を抑制することで、マイクロソフトは運用効率を維持しながら、水利用効率（WUE）をほぼゼロにすることが可能であることを実証しました。2026年に予定されているフェニックスとマウントプレザントでのパイロットプロジェクトでは、この革新的なアプローチが試されることになります。
これまでの成果は無視できないものです。2021年のWUE（水使用量）を0.49 L/kWhから0.30 L/kWhに削減（39%の削減）することは、施設あたり年間1億2,500万リットルの節水に相当します。これらの数字は、大規模な節水が必ずしもパフォーマンスを犠牲にするものではないことを示しています。この進歩は、データセンター運用における持続可能な取り組みの強力な模範となります。
冷却戦略を再考するデータセンターにとって、最適な選択は大きく以下の点に左右されます。 地域のニーズと状況アリゾナ州のような水不足の地域では、ゼロウォーターシステムやクローズドループシステムは、特にハイパースケールデータセンター1つあたり1日最大150万リットルの水を使用する可能性がある場合、画期的なソリューションとなる可能性があります。一方、水資源が豊富な地域では、従来の蒸発冷却方式が今のところ依然として有効かもしれませんが、業界全体の焦点は明らかに節水へと移行しています。
水効率の向上への取り組みが高まるにつれ、これが設計上の重要な優先事項となる必要があることは明らかです。Serverionのようなプロバイダーは、冷却システムを地域の水質条件に合わせて調整し、将来の規制に備えながら、性能、コスト、そして環境への影響を慎重に検討する必要があります。
業界は岐路に立っており、特にAIワークロードにおける計算能力の高まる需要に、貴重な水資源を枯渇させることなく対応できるかどうかが問われています。真の問題は、節水型冷却システムが標準になるかどうかではなく、これらの資源に依存する地域社会を守るために、どれだけ早く普及するかです。
よくある質問
従来の蒸発冷却と比較して、Microsoft のゼロ水冷却システムにはどのようなコスト削減のメリットがありますか?
マイクロソフトのゼロウォーター冷却システム：データセンターのゲームチェンジャー
マイクロソフトのゼロウォーター冷却システムは、データセンターの冷却管理方法を一変させ、従来の方法よりもスマートで費用対効果の高い代替手段を提供します。一般的なデータセンターは、最大で 1日あたり150万リットルの水これは水道料金の上昇を招くだけでなく、特に水が不足し高価な地域では運用コストの増加にもつながります。マイクロソフトの閉ループシステムは真水の必要性を完全に排除し、 データセンターあたり年間数百万ガロン 予算とリソースの両方にとって大きな勝利です。
しかし、そのメリットはコスト削減だけにとどまりません。この革新的なシステムは、外部からの水供給への依存を減らすことで効率性を高め、より強靭で環境に優しいシステムを実現します。また、2030年までにウォーター・ポジティブを実現するというマイクロソフトの野心的な目標も支え、過剰な水使用に伴う規制圧力や風評被害への懸念にも対処します。ゼロウォーター冷却システムへの移行により、データセンターは重要な資源を節約しながら、長期的な財務的持続可能性を確保することができます。
マイクロソフトが既存のデータセンターにゼロウォーター冷却を導入する際に、どのような障害に遭遇する可能性がありますか?
ゼロ水冷却システムへの移行における課題
マイクロソフトは、データセンターを水ゼロ冷却システムへと移行させる取り組みにおいて、いくつかの障害を乗り越えようとしています。最大の課題の一つは、既存のインフラの抜本的な見直しです。従来の水冷システムから、高度なクローズドループのチップレベルシステムへの移行には、大幅な技術アップグレードが必要です。これらのアップグレードには多額の費用がかかり、実装には相当な時間が必要です。
もう一つの差し迫った問題は、特にAIのような高密度ワークロードの需要増加に伴い、過熱の可能性が高まっていることです。これらの新しい冷却システムが確実かつ効率的に機能することを保証するには、厳格なテストと継続的な改良が不可欠です。
さらに、水資源が限られている地域でゼロウォーター冷却システムを導入する場合、規制上の障壁や地域社会からの反発に直面する可能性があります。大規模なデータセンターは、既に不足している資源にさらなる負担をかけると見なされる場合があり、承認や地域社会の支援を得るための取り組みを複雑化させる可能性があります。
これらのハードルがあるにもかかわらず、ゼロ水冷却システムは、特に節水が最優先事項である地域において、より持続可能なデータセンターソリューションに向けた有意義な動きを表しています。
Microsoft のゼロウォーター冷却システムは環境にどのように貢献するのでしょうか?
マイクロソフトは、 閉ループ設計システム内の水を循環させるシステムです。この仕組みにより蒸発を防ぎ、真水の必要性を排除できるため、非常に効率的です。実際、この方法により約 1億2500万リットル システムを使用するデータセンターごとに、毎年 100 トンの水が節約されます。
このシステムは節水以外にも、 エネルギー効率データセンターの二酸化炭素排出量削減に重要な役割を果たしています。水使用量とエネルギー消費量の両方に取り組むことで、マイクロソフトの冷却方法はテクノロジー業界における環境配慮の新たなベンチマークを確立しています。
