AIの電力問題に立ち向かう、富士通の省電力技術3選

＊所属・役職は掲載当時のものです。文中、敬称略

この技術は、仮想化技術とは異なります。GPUサーバーの仮想化では、複数プログラムでGPUリソースを共有する際、GPU上のメモリも共有します。AIの学習はメモリを使うので、複数プログラムでここを共有してしまうとメモリ容量が足りなくなってしまいます。一方、AI Computing Brokerは、GPUをメモリごと切り離し他のAIプログラムに付け替えるので、メモリが問題になりません。複数のGPUサーバーがある環境では、サーバーをまたいだ付け替えが可能です。

AI Computing Brokerはソフトウェアであり、AIフレームワーク（AIの実行に必要な共通機能をまとめた“AIのOS”のようなもの）にインストールするだけでGPUの使用数を半減する仕組みが使えるようになります。パブリッククラウド環境でもオンプレミスでも利用可能で、すでに、金融、データセンター事業者、AI画像解析サービス提供者などの企業のお客様に利用いただいています。

超低電圧で安定動作する点もFUJITSU-MONAKAの特徴です。通常、CPUの電源電圧を下げると回路スピードが遅くなり、さらに安定動作が難しくなるのですが、富士通独自の回路設計によりこれらを克服しました。CPUの電源電圧を下げると、その分消費電力も少なくなります。これらの独自技術により、FUJITSU-MONAKAは競合比で2倍のアプリケーション性能（※3）と、2倍の電力効率（※3）を実現します。

※1) FUJITSU-MONAKA：この成果は、NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の助成事業の結果得られたものです。
※2) スーパーコンピュータ「京」や「富岳」：理化学研究所と富士通が共同開発。
※3) 2027年リリース時期を想定した当社性能推定値に基づく。性能は、使用状況、構成、その他の要因によって異なります。

解説：富士通 ミッションクリティカルシステム事業本部 サステナブルテクノロジー事業部 シニアディレクター 荒滝 新菜/ シニアディレクター 前田 秀樹

AIの急速な普及に伴うコンピューティング需要、特にAIの処理を担うGPUの演算量の急増は、データセンターの電力需要の増大と共に、サーバーやラックからの発熱量の増加も引き起こしています。GPUを故障させず稼働させるために温度を低く保つ必要がありますが、この冷却にも電力を使います。2025年にリリースされる最新世代のGPUは水冷が必須となっています。そのような背景から、今、データセンターの発熱増に対応し、冷却電力を削減する技術として、従来の空冷よりも冷却効率の高い「水冷」が注目されています。

水冷とは、空気よりも熱伝導率が20倍以上高い水を使って、効率よくサーバーやラックを冷却する技術です。主な水冷の方式には、サーバー内のプロセッサに水冷装置（内部を冷却水が循環）を直接接触させて熱を逃がす「直接液体冷却（DLC：Direct Liquid Cooling）」、サーバーが集積されたラックの背面側に水冷装置を設置して排熱を冷やす「(水冷)リアドア空調」などがあります。

直接液体冷却には、冷却によって高温になった冷却水をサーバー外部に運び出す「オープンループ水冷」と、高温になった液体をサーバー内部のラジエーターに運んでラジエーターから室内の空気に熱を放出する「クローズドループ水冷」の2通りの方式があります。富士通はどちらの技術も持っていますが、特にクローズドループ水冷においては、冷却水を沸騰させて気化熱で冷却する「沸騰冷却（2相冷却）」という世界初の技術を開発し、ミッションクリティカル向けに2014年に量産化し提供しています。冷却性能は、水だけの（1相式）クローズドループ水冷の2倍に向上しました。絶縁冷媒を使った2相式冷却に比べ環境負荷を低減し、人的安全性も担保する技術となっています。

オープンループ水冷はCDU(Coolant Distribution Unit)を介して、クーリングタワー(冷却塔)やチラー(冷水装置)にサーバーの高温の液体を運び冷却します。サーバーの熱を液体を使って建物の外まで運ぶためラックに高密度にサーバーを実装することが可能であり、一般的なGPUサーバーの多くはこの方式を採用しています。富士通のサーバーシステムを停止させない設計思想を取り入れすべてのUnitの冗長化を実現しています。

水冷向けITインフラ機器は存在していますが、実際の導入となると水漏れによる機器の破損や階下電気設備への影響、また、水冷のための最適な設備投資の見極め、水冷設備の保守運用ノウハウの課題から踏み切れない企業が多数です。
このような企業の課題を解決するために、富士通ではこれまでの水冷技術とノウハウ活用し、お客様の将来のサーバー増設計画に合わせた最適な冷却ファシリティ（水冷塔やチラー、配管）の設計と導入をプロフェッショナルサービスとして支援致します。また、初期投資や運用課題に対し水冷ハードウェアと複数のCDUなどを統合管理し自動制御するソフトウェア、機器の導入と運用をAll-in-oneでサブスクリプションサービスとして提供いたします。（「Fujitsu Liquid Cooling Management for Datacenter」として2025年度第1四半期に提供予定）水冷ソフトウェアは、水冷ハードウェアとサーバーをリアルタイム監視し、複数のCDUなどを水冷監視制御し、冷却システム全体の高信頼性・高可用性・高効率性を実現します。データセンター事業者、自社データセンターを持つ企業だけでなく、データセンターを建てる建設会社にもこれらサービスを提供していきます。