データセンターの液冷導入における検証のすすめ

液冷は今、データセンター業界で急速に導入され始めており、需要の高い技術になりつつあります。以前はデメリットの方が多いと思っていたのに、最近は期待に胸を膨らませているという方が多いのではないでしょうか。とはいえ、特に既存の設備で導入するには未だ複雑な技術です。貴社のデータセンターでは、液冷の運用準備は万全でしょうか。

データセンターの液冷方式 

データセンターにおける液冷とは、空気を媒介せず、液体を用いてチップから徐熱する 冷却技術です。データセンター業界で普及している液冷にはいくつか種類がありますが、簡単にまとめると、主に以下の3つに分類されます。

• 直接液冷 – サーバの部品を液体で冷やす冷却技術
• ハイブリッド液冷 – 空気と液体を組み合わせて冷やす冷却技術
• 液浸冷却 – サーバの部品を液体に浸して冷やす冷却技術

この3つの冷却技術は、単相流、または二相流を使用して実装できます。単相流は工程全体を通して液体のままであるのに対し、二相流では冷却の過程で気体になります。二相流を実装するとより複雑化する可能性があるため、一般的に単相流が使用されます。ですが、二相流の効率性に伸びしろがあることを踏まえ、今後のよりスムーズな実装と幅広い利用を想定した研究が進んでいます。

データセンターで液冷の導入を検討するきっかけで多いのは、電力密度と発熱量の増加という課題に直面した場合です。高密度の設計、計算負荷の増加、サーバーラックの高密度化は、徐々にではありますが着実に進んでいます。20kW以下の電力密度の場合、サーバからの熱を逃がすには空冷で十分です。ですが、ラックの電力密度が20～25 kWを超えた場合には、直接液冷と空冷を適切に組み合わせた方が、経済的かつ効率的であることがわかってきました。増え続ける発熱量に対処していくうえで、液冷には冷却処理のエネルギーとコストを節約できる可能性があります。今後、高密度の設計や密度が偏在した設計案に突き当たる数多くの方々にとって、液冷は実用的な解決策となるかもしれません。

データセンターにおける液冷の検証方法 

CFD（数値流体力学）は、流体運動に適用される保存の法則（質量・運動量・エネルギー保存の法則）に基づき、コンピュータで流体流動現象の定量的予測を行う技術です。航空宇宙・石油/ガス・自動車・電子機器などのさまざまな業界で、設計上の重要な意思決定を行う際にCFD解析が広く利用されています。データセンター業界では、気流と温度分布の予測にCFD解析が用いられています。

設計と運用の両方において、情報に基づいたデータドリブンの意思決定を行う際に活用できるのがCFD解析ソフトウェアです。ケイデンスのデータセンター向けソフトウェアは、データセンターのデジタルツイン（仮想空間に再現するデータセンターのレプリカ）を作成し、ありとあらゆる稼働条件で実際のデータセンターの運用をシミュレーションできます。特に液冷の場合、本ソフトウェアを用いることで、施設内で液冷がどのように稼働するかを仮想空間上で検証することが可能です。

液冷は非常に複雑なため、3Dモデルのみで解析するとで計算量が膨大になる場合があります。ケイデンスのソフトウェアでは、1Dで再現した配管のモデルを3Dモデルに接続します。これは弊社独自の機能で、解析時間を短縮し、熱流体解析を簡単に実行することが可能です。この2種類のモデルを接続することで、グリッドの削減と解析時間の短縮を実現できます。

ケイデンスのデータセンター向けソフトウェアでは、熱回収率も求めることができます。熱回収率（全熱量に対して冷媒が回収した熱量の比率）を算出するにあたっては、詳細なCADモデルから取得可能なコールドプレートの静圧降下と熱抵抗曲線を、本ソフトウェアで使用します。IT機器レベルで解析を完了した後、このIT機器モデルをラックレベルのモデルに使用することができ、さらにラックレベルのモデルをデジタルツインモデルに使用して解析を完了させることができます。

液冷の検証・実装を支えるCFD解析 

貴社のデータセンターでは、幅広い排熱システムに対応できるでしょうか。また、データセンター内で液冷を導入した場合どのようなものになるでしょうか。データセンターにおける液冷の検証・実装を行う場合、CFD解析ソフトウェアを用いることで、データセンターにおける液冷の検証・実装を計画的に行うことができます。ケイデンスのデータセンター向けソリューションについては、こちらより詳細をご覧いただけます。

この記事に関するお問合せは、cdsj_info@cadence.com までお願いいたします。
Translator: Erika Esashi
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