既存データセンターで活用可能なラック型液浸冷却システムを三菱重工と構築

~冷却エネルギーを92%減、2023年度中に稼働中の自社データセンターへ液浸冷却システムの適用開始予定~

報道発表

2023年6月16日

株式会社NTTデータ

株式会社NTTデータ(以下:NTTデータ)は、既存データセンターで活用可能なサーバー等のIT機器を液体の中で直接冷却する「ラック型液浸冷却システム(以下、本システム)」を三菱重工業株式会社(以下:三菱重工)と構築しました。
本システムは、IT機器を特殊な絶縁性のある液体に浸し、効率的な冷却を図る、一相式・非沸騰型の液浸冷却方式を採用しています。2023年3月から5月にかけて実施した、三鷹データセンターEASTでの実機検証の結果、冷却にかかるエネルギーを自社ビル基準において92%削減し、さらに液浸冷却では一般的な「タンク型液浸冷却システム」での課題である運用性も173%向上することが確認されました。
この結果を踏まえ、NTTデータは2023年度中に、本冷却システムを自社データセンターの実環境へ適用します。

背景

社会全体のデジタル化の加速により、扱われるデータ量は飛躍的に増加しています。特に、データセンターにおいては電力消費量が急増し、「脱炭素」に向けた電力消費量削減が喫緊の課題となっています。また、近年はデータセンターに求められる顧客ニーズが複雑化し、同一ラックのユニット単位で仕様の異なる機器が多数搭載されるなど、ラック提供サービスの需要も多様化しています。
NTTデータは2030年にデータセンターのカーボンニュートラル化を達成するという目標を掲げており、2022年3月から4月にかけて、次世代の省エネ技術として注目されるタンク型の液浸冷却システム(図1)の検証を実施しました。昨年度検証では、空冷に比べて97%減という高水準でのエネルギー削減を実現しましたが、当社が検証したものを含め、一般的なタンク型では、格納されるIT機器のメンテナンス時に複数の作業員の対応が必要かつ多くの時間がかかるという機器の構造上の課題がありました。また、既存の空冷システムの運用手順に沿わない点が多いため独自のオペレーションを策定する必要がありました。

概要

このたび、三菱重工が開発した「ラック型一相式の液浸冷却システム」(三菱重工による特許出願済、図2)は、上記のタンク型液浸冷却システムに比べ当社の既存データセンター設備への導入適応性が高く、また運用/保守性、積載多様性、省エネ性を向上させて複雑化する顧客ニーズへ柔軟に応えることを目的として実機による実証を行いました(図3)。
液浸冷却とは、IT機器を絶縁性のある液体に浸すことで、効率的な冷却を図る次世代の冷却方式です。今回検証したラック型一相式の液浸冷却システム(IT機器に合わせて小型槽をラック内に複数配置)では空冷システムの運用基準におおむね準拠した形で運用をスタートすることができ、導入時の負担を軽減することができます。さらに三菱重工製ドライクーラーと組み合わせる事で、消費電力を大幅に削減する事ができます。

図1:従来(タンク)型

図1:従来(タンク)型

図2:ラック型

図2:ラック型

図3:イメージ図

図3:イメージ図

検証概要

実施時期 2023年3月~5月
検証場所 NTTデータ 三鷹データセンターEAST
検証機器 三菱重工製液浸冷却装置、同ドライクーラー装置1台
検証内容
  1. 模擬負荷を用いた冷却装置・冷却システムのエネルギー性能試験
  2. IT機器を用いた性能試験
  3. 故障時の保守対応試験
  4. 設計・運用・構築における課題の抽出

協力企業

三菱重工業株式会社、デル・テクノロジーズ株式会社

NTTデータ 三菱重工 デル・テクノロジーズ
役割 検証フィールド提供、PJの全体統括、実運用に向けた各種検証等 ラック型液浸冷却システム、およびドライクーラーの構築・提供、技術サポート、実運用に向けた各種検証等 機器の提供、液浸冷却システム向けのカスタマイズ等、実運用に向けた各種検証等

以下、今回検証項目の確認結果となります。

導入性

導入単位を19インチラック単位とすることで、一般的な既存データセンターの構築・運用と相違なく、導入が可能です。NTTデータのデータセンタービジネスはお客さま向け開発システムのシステム基盤や自社サービスのインフラの収容を主軸とするため、ラック単位の運用は利便性が高く、相性が良いといえます。さらに今回の実証ではCPU/GPU負荷100%の場合でも冷媒の運用温度が30℃から40℃付近を維持し、また、冷媒の運用温度をコントロールできるためIT性能の観点でも高い効果が得られ、かつ柔軟な搭載機器選定が可能となります。

運用/保守性

IT機器をユニット単位で運用するため、これまでのラック全体ではなくユニット単位で運用保守が可能となります。
またメンテナンス時に特別な装置(クレーン等)を必要とせず、作業者のオペレーション工程が容易になります。そのため、機器設置や取り外しにかかる時間が1U機器の場合、それぞれ5分以内で実施でき、従来の液浸装置と比べてもメンテナンス時間が大幅に短縮されました。
ラック型一相式の液浸冷却システムはこれまで当社で運用していた空冷でのオペレーション手順項目の約7割をほぼ修正することなく活用できますが、タンク型の場合、従来のオペレーション手順において約8割近くの項目の修正が必要となります。このような結果から、ラック型を導入した場合、タンク型の課題である運用性が約173%向上することが確認されました。

積載多様性

同一ラック内に空冷システムと液浸冷却システムの両立運用が可能となります。
さらに発熱性の高いサーバー機器(液浸対応)や低負荷のNW機器、ストレージ機器(液浸非対応)を同一ラックに収めた場合など、ラックユニット単位で異なる冷却システムをハイブリッドに活用できるため、余分な配線コストや管理工数を削減することが出来ます。
また、同一ラック内に1U機器に換算して最大22台程度、2U機器に換算して最大16台程度設置可能となり、ユーザーの多様なニーズに応じてユニット機器の組み合わせや積載数をカスタマイズすることが可能です。

省エネ性

今回の検証では、データセンターの冷却に使用するエネルギーを従来のデータセンターと比較して最大92%注1削減でき、推定PUE注2は昨年度検証結果注3とほぼ同等のPUEを達成しました。

今後について

今回の検証結果をもとにNTTデータは2023年度内の三菱重工製ラック型液浸冷却システムを活用した社内システムへの導入を目指します。来年度以降は同液浸冷却システムのサービス化・社外提案、さらに自社データセンター内での液浸専用マシン室の構築等を通じて、NTTグループが掲げる脱炭素の削減目標(2030年度までに温室効果ガス排出量の80%削減)やお客さまの脱炭素化や省エネ効果へ貢献し、省エネルギーかつ地球にやさしいシステムサービスの実現・提供を目指します。

注釈

  • 注1 PUE=1.8のデータセンターの総使用電力と比較した場合
  • 注2 PUE(Power Usage Effectiveness)はデータセンターの冷却効率を示す指標の一つです。データセンター全体のエネルギー(年間消費電力量)をIT機器の消費エネルギー(年間消費電力量)で割った数値で示され、数値が1.0に近いほど、データセンターのエネルギー効率が良いことを示します
  • 注3 脱炭素社会実現に向け、2023年度のサービス化をめざす(2022年6月6日報道発表)
    https://www.nttdata.com/jp/ja/news/release/2022/060601
  • 文章中の商品名、会社名、団体名は、各社の商標または登録商標です。

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既存データセンターにも導入可能な「ラック型液浸冷却システム」を新開発(三菱重工業株式会社)

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