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NEC、データセンタ向けサーバの省エネ冷却技術を開発～機器のファン電力を従来比60%以上削減～

2012年3月8日
日本電気株式会社

NECは、データセンタで広く活用されている1Uサーバ(注1)において、機器の発生する熱を効率よく冷却する、省エネ冷却技術を開発しました。

開発した技術は、冷媒が液体から気体に変化する際に熱エネルギーが移動する性質を利用した相変化冷却(注2)において、高低差が小さくても大量の熱輸送を可能とする構造と、サーバ内の冷却風の流れを最適化した構造を、1Uサーバ内で実現したものです。

本技術により、1Uサーバ単体の冷却に必要なファンの電力を、従来の空冷方式と比べて60%以上削減します。これにより、データセンタの消費電力の約半分を占めているIT機器の冷却電力を20％以上削減することができます。

開発した技術の特長は以下のとおりです。

1Uサーバへの適用を可能とする、薄型の相変化冷却モジュールを開発
デバイスの熱を吸収して冷媒を気体に変える受熱部と、気体となった冷媒から熱を放出して液体に戻る放熱部において、冷媒液面の高さが等しくなる気液平衡(注3)を利用した構造を開発。これにより、従来は必要だった機器内の高低差がなくても冷媒を循環させることが可能となり、1Uサーバをはじめとした薄型のIT機器へ相変化冷却モジュールの搭載を実現。
CPUの熱を効率よく輸送する、受熱部のフィン構造を開発
受熱部において、CPUが発する100W以上の熱を効率よく輸送するフィン構造を開発。これにより、体積あたりの熱輸送量が増える気液二相流(注4)での冷媒循環を実現。本手法は、ノートパソコンなどに広く活用されている、蒸気のみで熱輸送を行なうヒートパイプと比較して数倍の熱輸送が可能。
サーバ全体の風量を削減し、機器内の冷却空気の流れを最適化
サーバ全体のファンの送風量を削減しつつ、CPU以外の発熱部品であるチップセットやメモリも冷却可能なエアダクト構造を開発し、機器内の冷却効率を最適化。

多数のIT機器を設置したデータセンタ内では、空気の流れが複雑となり、局所的に高温のエリアが発生します。そのため、冷却に要する空調機の送風が大きくなり、データセンタの消費電力増大の要因となっていました。本技術は、データセンタの設備を改修することなく、空調機の風量・消費電力を削減し、省エネデータセンタの実現に貢献します。

NECは今後も、本冷却技術の低コスト化や様々な機器への展開を進め、設備面の省エネ技術の開発と合わせて、さらなる省エネデータセンタの実現を目指します。

このたび開発した冷却モジュールは、平成20年度よりNECが参画している、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト」の研究成果です。

なお、NECは本技術を、3月7日（水）から9日（金）まで、中央大学　後楽園キャンパス（東京都文京区）にて開催される学会「第26回エレクトロニクス実装学会」において、9日に発表する予定です。

以上

(注1)

サーバラックに搭載される高さ44.45mmのサーバ

(注2)

相変化冷却：冷媒が液体から気体、または気体から液体に変化すること。その際に熱の移動が生じる。例えば、アルコールで腕を消毒すると「冷やり」とする現象。

(注3)

気液平衡：液体が蒸気になる速度と、蒸気が液体になる速度が等しい現象。この現象により、受熱部と放熱部の内部の液面が同じ高さになるように冷媒が循環する。

(注4)

気液二相流：冷媒が蒸気と液体の二相で混在した状態で流れること。蒸気のみで熱輸送するヒートパイプと比較して数倍の熱輸送量がある。ボイラーなどで利用されている。