Powering theEconomy
Liquid Cooling Overview
Schneider electric Secure Power

Confidential Property of Schneider ElectricInternalSE Cooling solutions
事業規模

フリークーリング
空冷チラー（～2MW）

Large

液浸コンテナDC
60kWプレハブ
ドライクーラー
空冷チラー（～1.5MW）

Fan wall
水冷CRAH（～500kW）

水冷CRAH

HPC
InRow 水冷タイプ
InRow 冷媒タイプ（～250kW）（～20kW/RACK）

DC向け

液浸シャーシ式（～50kW/RACK）

edge
ファン冷却

Rack mount Cooling（～3.5kW）
マイクロDC向け

Hyper Pod
コンテインメントシステム

5kW/RACK

発熱密度Internal

液浸マイクロ DCHighITシャーシ式液浸 概要

Confidential Property of Schneider Electric・ ITシャーシの内部は半分の高さまで冷却液で満たされており、チップと基板上の部品を冷却する・ 冷却液は熱源から供給される冷水にて冷却され、ITシャーシ内を循環する
ドライゾーン 冷却液面高さ

熱交換器

冷却液管

←冷水→温水コネクタ類

ダイレクトフローヒートシンク

メイン基板

Confidential Property of Schneider Electric | Page 3
Internal

マイクロポンプ

ノンリークカップリング

なぜ液体冷却が良いのか
IT機器の熱を除去する方法としては、空気による冷却がこれまでは一般的です。液体と比較して、空気の熱伝達率は低く、非対流環境では良好な絶縁体（断熱材）となります。
下表に空気と水の熱伝導率と熱容量の比較を示しますが、水は空気と比較して23倍以上熱伝導率が高く、体積あたりの熱容量では約3,200倍と空気よりはるかに多くの熱を保持できることが分かります。また、強制対流による空気の熱伝達率は100W/(m2・K)程度ですが、水の熱伝達率は3,000程度で、空気と比べると30倍以上の熱を伝えることができます。よって、IT機器から同じ量の熱を伝える場合、液体の方が空気よりもはるかに流量が少なく、大幅な省エネが可能であることも意味しています
空気水

熱伝達係数
＠25°C (W/(m·K))

0.026

0.6089密度 (kg/m3)

1.29(1atm, 0°C)

1,000(4°C)

比熱 kJ/(kg·K))

1.004

4.2

高いと温まりにくい、冷めにくい

体積当たりの熱容量(kJ/(m3·K))

1.30

4,2003230倍

Confidential Property of Schneider ElectricInternal

水は空気の23倍

液体冷却の種類について
From The Green Grid White Paper 70*

Liquid Cooling
液体を介してサーバーの熱の95%を除去

液体によってサーバーの熱の6090%を除去する

接触タイプ(コールドプレート)

浸漬タイプ(液浸冷却)単相

2相（蒸発を伴う）
液体が気体になる相変化を伴う方式

ITコンポーネントと直接物理的に接触しない液体

本日ご紹介

IT シャーシ式

単相

タブ / 開放バス式
IT部品と直接接触する誘電性液体

単相
2相* Tub/open bath and IT Chassis form factors added for further clarity

Confidential Property of Schneider Electric | Page 5Internal相変化と潜熱、顕熱• 気体、液体の状態が変化することを相変化と呼び、気体と液体が混在する状態を二相状態と呼ぶ

Confidential Property of Schneider Electric |Internal• 液体が蒸発する時に熱を奪います、これを蒸発潜熱と呼びます直接接触ヒートシンク式液冷却
From The Green Grid White Paper 70

液体をヒートシンクに流し、直接接触したチップを冷却する
Confidential Property of Schneider Electric | Page 7
Internal

直接接触式ヒートシンク液冷却 – 単相

CDU：Cooling distribution unit

設備側から供給される冷却水の温度や配水先をコントロールする装置

••
•
•
•
•
•現状最も普及している液冷方式
最も高温のチップを冷却することができる
水はチューブでCPUやGPU等の上に配置されたコールドプレートに分配され、液体は直接IT機器には触れない
熱の65-90%を液体で除去、 サーバーのファンは必要だが、低速運転
水は、液マニホールドを介してサーバーに分配され、通常はドリップレスコネクタにて接続
ほとんどのシステムはCDUから加圧システム（< 2 bar）を介して送水漏れ防止システム（LPS）を搭載したCDUは既に存在し、吸引で大気圧以下とし、水を循環させていますConfidential Property of Schneider Electric | Page 8Internal

接触型コールドプレート方式液体冷却 ２相
From The Green Grid White Paper 70

コールドプレートを液体で冷却し熱除去

サーバーオンボード部品の冷却はヒートパイプで行う
Confidential Property of Schneider Electric | Page 9Internal

直接接触ヒートシンク式 – 2 相タイプ
冷媒使用••••••

50℃での相変化を利用CPUやGPUのコールドプレートにチューブで液体を供給熱の65-80%を液体で除去する。 (メモリの冷却はまだ不可能) サーバーファンは引き続き必要
水漏れの心配がない
液体は誘電体であり、相変化を伴う最も高温のチップを冷却できる（と宣伝されている）

Confidential Property of Schneider Electric | Page 10

SE INTERNALInternalConfidential Property of Schneider Electric

直接接触ヒートシンク式液冷却
液体を冷却ジャケットに流し、直接接触したチップを冷却する対応品が既にサーバーメーカーからラインナップされており、発熱量が高いGPUサーバーなどは水冷が推奨されている
現在、1割程度のラインナップだが今後増え3割程度になる予定
冷却ジャケット組み込みサーバーもあり、メーカー保証付き

From The Green Grid White Paper 70

直接接触式のメリットとデメリット

CONs

PROs

✓

対応品のサーバーが既にラインナップされているx

全ての熱を除去できないので、空冷設備が必要✓

既成品のラックが使えるx

漏水対策（Leak prevention systems)の追加コストと運用費✓

空冷とほぼ同等のメンテナンス作業でOKx

サーバーファンが残るInternal

浸漬型液冷却
From The Green Grid White Paper 70

タンク式液浸IT シャーシ式液浸Photo courtesy CGG Geoscience and Green Revolution

Confidential Property of Schneider Electric | Page 12Internal

浸漬型 – タンク式/オープンバス - 単相
多くは油浸冷却を採用• 特殊なバス設計• IT機器の熱の95％以上を液体で除去（残り5％は配線などの補器電力）• 現在、中程度のチップを冷却することが可能• 多くの液体を必要とする• コスト効率の良いオイルベースの誘電体が一般的• ファン不要、誘電体液の循環はポンプか自然対流を利用する• サーバーに油がついており、メンテナンスが課題• 非常にシンプルなシステムで、費用対効果も高い

Confidential Property of Schneider Electric |Internal

浸漬型 – 2 相冷媒系の液体を使用し、タンク内で蒸発、凝縮の相変化を伴う
特殊な浴槽設計
サーバーはカバーを外し、ブラケットに吊り下げIT機器の熱を95％以上除去します。
多くの液体を必要とする
高価なフッ素系誘電体液を使用。
ファンやポンプは不要。 沸騰相変化で液体を循環• サーバーを液体から取りだすと、すぐに乾燥する
為、クリーンな環境で作業できる。
• GWPが高い為、システムを密閉しておくことが重要••••••

Confidential Property of Schneider Electric |Internal

浸漬型液冷却

Confidential Property of Schneider Electric

タンク浸漬型
サーバーそのものをタンク内に満たした液体に浸漬ファンを取るので、サーバー側で特殊ソフトが必要となる
改造によりサーバーのメーカー保証がなくなるため、別会社での保証スキームが必要

タンク油浸型のメリットデメリット

Photo courtesy CGG Geoscience and Green RevolutionCONsPROs✓

シンプルデザインx

油タンクのメンテナンスが大変（オイル交換）✓

コスト効果が高いx

タンク重量が重くなる為、床耐荷重の確認✓

全ての排熱を除去し、ファンが不要となる

x

タンクの段積み不可

冷媒系ではGWP高い、液体が高価というデメリットもある
Confidential Property of Schneider Electric | Page 15

Internal

From The Green Grid White Paper 70

Confidential Property of Schneider Electric

それぞれの特徴を合わせ持つシステムも存在します

直接接触式ダイレクトチップ•

メンテナンス性良い•サーバーラックへの収納ができる

Cost-effective,
high efficiency,
reliable, fanfree cooling

THE ANSWER…

ITシャーシ式液浸
Confidential Property of Schneider Electric | Page 16
Internal

タンク浸漬型••

包括的に全ての排熱を除去
シンプルな設計ITシャーシ式液浸◆ サーバーの熱を液体で95%以上除去し、ファンは不要◆ 誘電体液の使用を最小化（フル充填ではなく半量）◆ ダイレクトチップ方式と同じように、水配管に接続◆ 40℃でも冷却可能、チラー不要◆ 密閉型シャーシ設計、密閉されているので、液体が汚れない◆ 冷却に水を消費しない◆ 省エネ PUE＜1.06

Confidential Property of Schneider Electric |Internal

現状のデザイン
マニフォールド

W600

サーバー 2U

シャーシ 3U

2UのGPUサーバーを3Uの液浸シャーシに搭載
横幅は21インチとなり、標準19インチラックには搭載不可
特殊ラックは必須、全体的に特注品が多く、値段が高価となる課題がある
こちらの浸漬も改造によりサーバーのメーカー保証がなくなるため、サイバーメーカー協業、または別会社での保証スキームが必要⇒全世界での採用が進めばマスメリットも出てくる

Confidential Property of Schneider Electric |Internal

幅600㎜で標準ラックサイズと合わせているが、強度等を考えるとW750㎜は必要

液体冷却の効果

Save Space ＆ Capex

Save energy⚫ 液体で冷却する為、HACS、CACS、• 冷却に45℃の水を活用できるため、フリアクが不要⚫冷水を各サーバーに分配するためのコストは増加しますが、従来のチラーやCRAHは不要、トランスやスイッチギアなどの電力系統機器のサイズダウンが可能

多くの気候で1年の大半をコンプレッサーレスで冷却できる•液冷のもう一つの利点は、ITファンの消費電力を削減できることです。これは4～15％の節約となります

Confidential Property of Schneider ElectricInternal

Save water• 蒸発式冷却塔を使用しなくてもあらゆる地域で冷却水の供給が可能

シュナイダーエレクトリック芝浦オフィス Showroom

Confidential Property of Schneider Electric | Page 21

液浸シャーシ（ダミーサーバー）の実機展示
Internal

Internal