日立、AIデータセンターの冷却電力を30%削減するコールドプレート

日立製作所は、AIデータセンターのGPU冷却に使うコールドプレートを開発した。独自の「U字トンネル流路」により、高温の冷却液でもGPUを効率的に冷却。GPUから回収した熱を外気へ放出するための冷却電力を、従来比で30%削減できる見込みという。

コールドプレートは、GPUなどの発熱部品に接触させ、内部を流れる冷却液で熱を回収する部材。回収した熱は、冷却液を冷やすチラーや冷却塔などを介して外気へ放出する。

データセンターの省電力化に向けては、45℃程度の冷却液を使う「高温水冷却」が注目されている。冷却液の温度を高く保てれば、外気との温度差を利用して熱を逃がしやすくなり、チラーの稼働を減らせる。一方、GPUとの温度差は小さくなるため、冷却液へ効率よく熱を伝える必要がある。

従来のコールドプレートは、冷却液をGPUの面に沿って流す構造が一般的で、流路の後半ほど液温が上昇し、発熱部へ低温の冷却液を均一に届けにくいという課題があった。

今回開発した構造では、冷却液をGPUの発熱部へ向けて厚み方向に流し、熱を吸収した後にU字型に折り返して排出する。入口側の冷たい液と出口側の温まった液を分離し、混合による冷却性能の低下を抑える。

さらに、数千本の微細な流路を並列に配置し、熱を回収する面積を確保。1本あたりの流路を短くすることで、冷却液を流す際の圧力損失も抑えた。

試作品では、毎分4Lの流量で熱抵抗0.011K/W、圧力損失27.6kPaを確認。従来構造と同じ冷却動力で、より高い冷却性能が得られたとしている。

これにより、従来より高温の冷却液でもGPUを所定の温度以下に保ち、外気を利用して放熱できる期間を拡大する。東京などの外気温条件から年間のチラー稼働率を試算した結果、放熱に必要な冷却電力を30%削減できる見通し。

今後は、ポンプやチラーを含む冷却設備全体の高性能化を進め、デジタルサービス「HMAX Data Center」と連携させる。