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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

2026.10.22

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日立製作所は2026年10月21日、AIデータセンターの電力消費量を低減するGPU冷却用コールドプレートを開発したと発表した。冷却液をGPUの発熱部へ向けて流す独自の「U字トンネル流路」構造を採用し、冷却に必要な電力を30％削減できる見込みを得た。

U字トンネル流路で冷却液の混合を防ぐデータセンター冷却の新構造

コールドプレートとは、半導体などの発熱部品に接触させ、内部に流す冷却液で熱を回収する冷却部材である。AIデータセンターでは、サーバー内のGPUから出た熱をコールドプレート内の冷却液で回収し、ポンプやチラー、冷却塔を介して外気へ放出する。GPUの発熱量と搭載数が増えるにつれて、熱を外部へ放出する冷却設備の負荷と電力消費量も増えていく。
冷却電力を抑える手がかりは冷却液の温度にある。高い温度の冷却液を使えれば外気との温度差を生かして放熱でき、冷却電力を削減できる。目安となるのは45℃程度の冷却液を用いる高温水冷却だが、この方式では冷却液がコールドプレート内で過度に温まる前に発熱部へ届くことが前提になる。従来のコールドプレートは冷却液をGPU面に沿って流す構造が一般的で、流路の後半ほど冷却液の温度が上がり、発熱部へ低温の冷却液を均一に供給しにくかった。
日立が試作したコールドプレートは、冷却液をGPUの発熱部へ向かって厚み方向に流す。冷却液は発熱部の近くで熱を吸収した後にU字型に折り返して出口へ流れるため、入口側の冷たい冷却液と温まった冷却液が混ざらず、冷却性能の低下を抑えられる。

*図2　GPU冷却用コールドプレート試作品と独自のU字トンネル流路の模式図（出典：日立製作所）*

もう1つの工夫は流路の本数である。流路を細かく分けると伝熱面積は増えるが、冷却液が流れにくくなって圧力損失が増し、循環ポンプの動力も大きくなる。日立は1本あたりの流路を短くして摩擦を抑えつつ、数千本の微細なU字トンネル流路を多並列に配置した。限られたコールドプレートの寸法でも従来より流路断面積を確保でき、冷却性能と低い圧力損失を両立させた。

熱抵抗0.011K/Wと圧力損失27.6kPaを実測

試作品の実測では、冷却液流量4L/minの条件で熱抵抗0.011K/W、圧力損失27.6kPaとなった。熱抵抗は発熱体表面と冷却液出口の温度差を発熱量で割った値で、小さいほど冷却性能が高い。日立によると、同じ冷却動力で従来構造より高い冷却性能を得られることを確認した。熱抵抗0.011K/Wは、負荷となるGPUの発熱を数kWと仮定した場合の目標値にあたる。
高い温度の冷却液でもGPUを所定の温度以下に冷やせれば、回収した熱を外気へ放出しやすくなり、外気を活用して放熱できる期間が年間を通じて広がる。東京など代表的な都市の外気温度条件で年間のチラー稼働率の変化を試算した結果、冷却電力を30％削減できる見込みを得た。30％という削減幅は、特定地域のデータセンターと外気温度を仮定し、大気への放熱を促す設備の稼働率の変化から算出した値である。条件により結果は変わる。
日立はコールドプレートを起点に、ポンプやチラー、配管を含む冷却設備全体の高性能化を進める。冷却設備とデジタルサービス「HMAX Data Center」を連携させ、運用効率の向上技術の一つとして発展させる方針を示した。成果の一部は、2026年10月26日から29日まで米国サンディエゴで開催される米国機械学会（ASME）主催のInterPACK2026で発表する予定である。

この記事の編集者

: PEAKSMEDIA_ニュース配信チーム

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