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日立、新開発のGPU冷却技術でAIデータセンターの電力30％削減

編集部：中野信二

2026年10月21日 14:51

AIデータセンターにおける冷却全体像（イメージ）

　日立製作所は、生成AIの普及に伴い増大する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。

　AIデータセンターでは、サーバー内のGPUから発生し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、冷却塔などを介して外気へ放出している。GPUの高発熱化と搭載数の増加に伴い、回収した熱を外部へ放出するための冷却設備の負荷も高まり、電力消費量も増大していく。

　今回試作したコールドプレートでは、GPU面に沿って冷却液を流す従来構造に対し、冷却液をGPUの発熱部へ向かって流す独自の「U字トンネル流路」構造を採用した。

　この構造では、数千本の微細な流路を多並列に配置することで、GPU近くから大量の熱を素早く回収できる。冷却液は、発熱部で熱を吸収した後、U字型に折り返して出口へ流れるため、冷たい冷却液と温まった冷却液が混ざらず、常に高い冷却性能を維持可能だ。

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

　これにより、従来より高い温度の冷却液でもGPUを効率的に冷却可能で、外気との温度差を生かして効率よく放熱できることから、冷却に必要な電力を30％削減できる見込みを得た。

課題を解決するために開発した技術の特徴

　同社は、高温水冷却に必要な冷却性能を確保しながら圧力損失を抑え、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。今回開発したコールドプレートの特徴は下記の通り。

冷却液をGPU発熱部へ直接届けるU字トンネル流路

　開発したU字トンネル流路では、入口に供給された冷却液を、GPU発熱部近傍へ向かって流す。冷却液は、GPU発熱部の近くへ到達し、熱を回収した後にUターンして流路の出口から排出する。入口側の冷却液と、熱を回収して温まった出口側の冷却液を分離することにより、冷却液の混合による冷却性能の低下を抑制し、GPUの効率的な冷却を実現した。

数千本の微細な流路を多並列に配置し冷却性能と圧力損失低減を両立

　同構造では、冷却液をGPU面に沿って流す従来の構造ではなく、GPUの発熱部に向かって厚み方向に流す仕組みを採用した。1本あたりの流路を短くし、冷却液が流路内で受ける摩擦を抑えることで、圧力損失を低減できる。さらに、数千本の微細なU字トンネル流路を多並列に配置することで、限られたコールドプレートサイズの中でも従来と比べ流路断面積を確保できるため、冷却液を流しやすくしながら、高い冷却性能と低圧力損失の両立を実現した。