AIデータセンター部品向け樹脂材料

データセンターは、クラウド、動画配信、生成AIなどを支える重要インフラとして、各国で整備が進んでいます。一方で、AI向け計算需要の増大により、データセンターの電力消費は急速に拡大しており、IEAは2024年の世界のデータセンター電力消費を約415TWh、2030年には約945TWhに達する見通しを示しています。^*1　
特にAI向けの高速・高密度な計算設備の拡大が主要因とされており、データセンターは今後、単なるICT設備ではなく、電力インフラと一体で捉えるべき社会基盤として位置づけられつつあります。
各国の政策も、この需要拡大を前提に、単なる設置促進ではなく、大量の電力を安定的に受け入れ、効率よく使い、持続可能に運用することを重視する方向に進んでいます。EUでは、エネルギー効率指令のもとで、一定規模以上のデータセンターに対してエネルギー性能や水フットプリントの報告義務が導入されており、欧州委員会は共通データベースや格付け制度、最低性能基準の検討が進められています。^*2　つまり、今後のデータセンターは「計算能力が高い」だけではなく、「電力・水・環境負荷をどう管理しているか」まで含めて評価される方向にあります。
日本でも、AI利用の進展や通信トラフィックの増加を背景に、データセンター整備は重要政策課題として扱われています。経済産業省と総務省は「ワット・ビット連携」を掲げ、電力と通信インフラを一体で整備する方針を示しています。^*3　
OCCTOの2025年度需要想定を引用した政府資料では、データセンター・半導体工場の新増設により、2024年度比で2025年度に+56万kW、2034年度に+715万kWの最大電力需要増加が見込まれています。加えて、データセンターは一部エリアに局地的に立地する傾向があり、新規受入れに当たっては、変電所の新増設など大規模な系統対策工事が必要となる場合もあるとされています。^*4　したがって、今後のデータセンターでは、建物内だけでなく、受電から館内配電、ラック末端までを含めた電力供給インフラ全体の設計がこれまで以上に重要になります。

*1：Energy and AI – Analysis – IEA*2：Energy performance of data centres – Energy – European Commission*3：「ワット・ビット連携官民懇談会取りまとめ1.0」を公表します（METI/経済産業省）*4：ワット・ビット連携官民懇談会 事務局説明資料

従来のデータセンターでは、比較的標準的なサーバーを多数並べ、空調設備によって室内全体を管理する考え方が一般的でした。
しかし近年は、GPUなどを大量に搭載したAIサーバーの導入により、1ラックあたりの電力密度と発熱量が大きく上昇しています。IEAは、2030年までのデータセンター電力需要増加の中で、AI向けの加速計算サーバーが大きな比重を占めると整理しており、冷却やその他インフラの需要増も無視できない割合になるとしています。^*5　
つまり、データセンターの進化は「サーバーが増える」というより、1ラック・1系統あたりに流れる電力と熱が増える方向に進んでいるといえます。
このため、データセンター内部の設備は、単にIT機器を並べるものではなく、電力を安定して届ける系統、停電や瞬低でも止めないための冗長系、発生した熱を効率よく排出する仕組みを組み合わせた構成へと変化しています。
DOE（Department of Energy, 米国エネルギー省）の設計ガイドでも、データセンター設計はIT機器だけでなく、空調・冷却・電気設備を一体で最適化するものとして整理されており、PDUやUPSを含む電気系統、空気流路管理、液冷設備などを含めて総合的に設計する考え方が示されています。^*6

*5：Energy and AI – Analysis – IEA*6：Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design

データセンターでは、一般の建築設備以上に、電力を「止めないこと」が求められます。
そのため、受電した電力を各設備へ効率よく変換・分配するだけでなく、障害や停電時にも継続運転できるよう、2Nやn+1を含む冗長構成を前提とした電源設計が重要になります。DOEの設計ガイドでは、データセンターの電力系統は、商用電源、バックアップ発電機、UPS、PDUなどを組み合わせた構成として整理されており、冗長性確保のために複数のUPSやPDUを組み込む考え方が示されています。^*7　
また、UPSは負荷率が低いと効率が下がるため、複数の小型UPSやモジュール型UPSを活用して負荷率を保つことが有効とされています。^*7,8　ENERGY STARも、UPSの損失低減や適切な負荷率管理が省エネに直結し、機種によってはeco modeの活用で電力コスト低減が見込めるとしています。^*8,9　
したがって、今後のデータセンターでは、単に電力を多く使うだけでなく、館内でどう分配し、どう損失を減らし、どうバックアップするかが重要な設計論点になります。
また、AIデータセンターの急拡大を受けて、米国DOEの2024年提言では、データセンター向けに新しいバックアップ電源戦略や柔軟な運用手法を支援すべきだとされています。^*10　そこでは、従来の非常用電源だけでなく、バッテリー蓄電、代替電源、長時間蓄電、系統サービス活用まで含めた検討の必要性が示されており、virtual power plants や microgrids も出発点になり得るとされています。^*10　
こうした流れは、今後のデータセンターが単なる「電力消費設備」ではなく、高負荷を支えながら、より高度な電源管理を求められるインフラへ移行していることを示しています。

*7：Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*8：Reduce Energy Loss from Uninterruptible Power Supply Systems*9：Uninterruptible Power Supplies*10：Powering AI and Data Center Infrastructure: Recommendations

データセンターでは、消費した電力の大部分が最終的に熱となるため、冷却は運用の中核です。
DOEの設計ガイドでは、空気流路管理は、供給された冷気とサーバー排熱の混合を抑え、必要な場所に必要なだけ冷却を届けるための重要項目とされています。^*11　
特に、ラックの吸気側と排気側を明確に分けるホットアイル／コールドアイル構成は、高密度化したデータセンターでの基本的な考え方であり、適切に設計することで、運用コストの低減や処理中断リスクの抑制、電力密度向上にもつながります。
また、空気冷却を前提としたデータセンターでは、わずかな空気漏れや流路の乱れが冷却効率を大きく左右します。DOEやENERGY STAR（国際エネルギースタープログラム）は、冷気と排熱の混合防止、不要なバイパス気流の抑制、ラック内外の開口管理などを有効な省エネ策として示しています。^*12　
ENERGY STARでは、ラックの空きスペースを適切に閉止することで、1ラック当たり1～2%の省エネ効果が得られる場合があるとされており、DOEの事例でも、気流管理の改善によって冷却能力の向上やファン電力の削減が確認されています。^*13　
したがって、データセンターでは大型の冷却設備だけでなく、ラック周辺の細かな流路制御や空気の逃げ道をどう抑えるかも重要な設計要素になります。
さらに、高密度サーバーでは、サーバー内ファンの消費電力も無視できません。DOEの設計ガイドでは、サーバー吸気温度が上がると内部ファンの回転数が増え、77°Fから91°Fへの上昇でファン速度が約30%増え、ファン電力は2倍超となり得ると説明しています。
そのため、単に室温を上げればよいのではなく、サーバー入口での熱環境をどう安定させるかが重要です。加えて、高発熱のGPUサーバーについては、DOEは直接液冷の検討を推奨しており、今後は空気を動かす仕組みだけでなく、液体で熱を運ぶ仕組みの重要性も高まると考えられます。

*11：Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*12：Manage Airflow for Cooling Efficiency | ENERGY STAR*13：DOE AM Tool–User’s Manual v3.1 (7-25-2023).pdf

データセンターの環境負荷は、単なる消費電力量だけでは評価しきれません。
DOEは、水冷や冷却塔を使うデータセンターでは、IT機器の発熱量に加え、熱を除去する各段階の効率によって水使用量が左右されるとしており、評価指標としてWUE（Water Usage Effectiveness）を提示しています。^*14　
EUでも、エネルギー性能だけでなく水フットプリントに関するデータを収集・公表する報告制度が整備されており^*15、　今後は「より多く計算できること」と同時に、「どれだけ少ない電力損失・少ない水使用で運用できるか」が重要になります。
そのため、今後のデータセンターでは、サーバーそのものの性能向上に加え、電力を無駄なく届けること、停電時にも止めないこと、空気や液体の流れを最適化して熱を効率よく逃がすことが、設備全体の価値を左右するようになります。
言い換えれば、データセンターの競争力は、IT機器単体ではなく、電気・熱・水をどうマネジメントするかという“周辺インフラの設計力”によって左右される時代に入っていると考えられます。

*14：Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*15：Energy performance of data centres – Energy – European Commission