水冷式サーバはデータセンターの新たな福音になるか?
空気の約3500倍の冷却効率を生かす――水冷式サーバへの安全な移行方法
データセンターには冷房や空調など、さまざまな形で水を引き入れている。正しい方法さえ知っていれば、冷却効率に優れる水冷方式に移行しない理由はないだろう。
データセンター管理者たちの悩みは、施設内をいかに効果的かつ効率的に冷却するかにある。もちろん、データセンター内の漏水は悪夢に違いない。しかし、増加の一途をたどる高性能データセンターサーバのプロセッサ冷却に水を使うことは、今後最も現実的な方法になりそうだ。水は決して恐れる必要はない(関連記事:データセンターのファンレス化を実現する液浸冷却の実際)。
いま古いものが新しい
1964年から1990年まで、大規模なメインフレームコンピュータは「水冷式」だった。その後、CMOSトランジスタ製造技術が開発され、プロセッサから発生する熱は劇的に低減し、空冷機器への回帰が可能になった。水冷式は長年、高性能PCにおいても用いられてきた。
ただ、水冷方式は優れていたものの、IT業界は「空冷方式」に戻った。熱負荷がそれほど大きくなければ、空冷方式の方がコスト的に有利であったからだ。しかしその後、チップの集積度は劇的に高まり、クロック速度も急上昇した。いずれも電力需要とプロセッサからの排熱を増大させる技術革新だった。
空冷式は音がうるさい。冷却効果を高めようとすれば、より高速なファンが必要だ。シンプルな1Uラックサーバでさえ、10や12、あるいはそれ以上の可変速ファンが組み込まれている。1つのブレードサーバでファンが故障すると、膨大な送風量を維持するために残りのファンが速度を上げ、ジェットエンジンのような騒音が発生する。そのノイズが、データセンターの作業環境を劣悪なものにしている。
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また、空冷式は大量の電力を消費する。ファンの電力消費は風量の3乗に比例するため、風量を倍にすると2の3乗、すなわち8倍の電力を消費することになる。エネルギー効率の点からも、高い熱負荷の冷却に大量送風が有効な方法とはいえないことが分かるだろう。
たとえ短時間送風が停止しただけでも、保護センサーがサーバを直ちにシャットダウンしないかぎり、高価なプロセッサは破壊されかねない。もし循環する少量の水があれば、その間のギャップを埋めてくれるだろう。
コンピュータ技術の歴史において、われわれはしばしば「処理限界」や「I/O限界」といったシステムパフォーマンスの制約と戦ってきた。いまプロセッサは「熱限界」にある。そして水は熱伝達の面で空気よりも優れている。冷却に用いた場合、水は空気のおよそ3500倍も効率的だ。
水冷式のプロセッサがあれば、チップやサーバメーカーにはさまざまなコンピューティングパワーを開発する事実上無限のチャンスがある。はるかに効率的な冷却方法を導入することによるコスト削減の可能性やデータセンターの成長性を想像してみればよい。
適切な方法であれば
心配なのは「漏水」だ。水と高価な電子機器は相性が悪い。メーカーが水冷式サーバを売り込みたいなら、設置が簡単で失敗のないものでなければならない。もし新開発の水冷ジェネレーター搭載ハードウェアに漏水のクレームが多発したら、恐らく業界は大変な困難に直面することになるだろう。
もう1つの懸念材料は「水供給インフラストラクチャ」だ。従来、われわれは列単位クーラーや後部ドアクーラーを使ってきた。それらの多くは水を配水管で流す方式だが、水冷式コンピュータのインフラもほぼ同様の仕組みだ。
漏水を防止する1つの方法は、ダイレクトパイピングにすることだ。例えば架橋ポリエチレン(PEX)パイピングは、列単位クーラーや家庭用、商用放熱システムなどの水冷式機器で成功している。それらは長年、欧州でも利用されてきた。しかし、一定の数のダイレクトサーバ接続に要求される膨大な配水管は、配線ケーブル以上に入り乱れるだろう。大規模あるいは拡張性の高いインストレーションには、パイピングと接続ポイントで構成されるシステムが必要となる。
もし二重フロアがなければ、それらの配水管は頭上を行き交うことになり、訪問者を驚かすだろう。しかし正しい方法を用いれば、オーバーヘッドパイピングが床下のパイピングより危険であるということは全くない。配水管はキャビネットの真上でなく、通路上に敷設し、さらにドリップパンをかぶせれば、本質的に危険なものではない。
一般的に最も安全なアプローチは、配水管をフリーアクセスフロアの下に敷設する方法だ。他の理由で床を二重にする必要がなくても、そうしておけば安全だ。漏水感知システムと床排水設備を設置し、電気配線やケーブルなどを天井に敷設すれば、漏水による被害を心配する必要はそれほどない。システム内の水圧をあまり高めず、配水管をしっかり防水施工すれば、どこかで破裂したり、水が飛び散ったりするような危険を回避できるだろう。
配管が床であっても天井であっても、慎重に敷設してテストすれば、それほど頻繁に水が漏れ出すことはない。それでも漏水防止のための徹底した仕様にすることが、最大の保険になる。入札を必要とする官公庁でも、しっかりしたスペックがあれば無用なトラブルは避けられる。しかし、たとえ最高の材料、施工で臨んでも、さらに用心したいと考えるかもしれない。とくにオーバーヘッドパイピングしか選択肢がないようなときは、追加的な安全策として、配水管を漏水検知テープで巻くという方法がある。そうすれば、問題が起きても直ちに対応することができるだろう。
またオーバーヘッド方式の場合、配水管の増設でのリスクを低くするために、複数のパイプタップをあらかじめ組み込んでおくべきだ。タップの追加はリスキーなだけでなく、施工時に溶接、水圧テストを受けたタップよりも漏水の危険性が増す。
配水管について、忘れてはならないことがある。最初の防衛ラインは漏水防止コネクタだ。頭上の配水管とコンピュータの間のリンクは将来的に増設や撤去が必要になるだろう。そうしたときに配水管の水が流失したり、機器に水が掛かったりする事態は避けたい。そのために高品質な漏水防止コネクタは必須だ。
データセンターには冷房や空調など、さまざまな形で既に水が入り込んでいる。正しい方法さえ知っていれば、水冷方式への移行を拒絶する理由はないはずだ。
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