持続可能な設計: データセンターの水効率の変革

持続可能性への取り組みの進捗状況については、ブログシリーズ「Sustainable by design」で詳しくご紹介しています。 持続可能な設計: AI の持続可能性を推進。

先月、私たちは データセンターコミュニティ誓約は、データセンターが現代のテクノロジーのバックボーンであるだけでなく、サービス提供先のコミュニティに良い影響を与える力でもあることを強調しています。この取り組みの一環として、マイクロソフトは、事業を展開している地域と世界の両方で淡水資源の保護と補充に重要な役割を担っていることを認識しています。

そのため、当社のデータセンター運営において、私たちが毎日問うている重要なエンジニアリング上の質問の 1 つは、「クラウドと AI のイノベーションに対する顧客の需要の高まりに応えながら、水を節約し続けるにはどうすればよいか」ということです。

データセンターでは、水は主に冷却と加湿に使用されます。顧客のアプリケーションを促進し、発見と革新の新たな領域を可能にするために、ここ数年で高性能クラウドおよび AI アプリケーションの需要が高まっており、データセンターのラックやサーバー内に設置されるシリコン チップ (クラウドおよび AI コンピューティングの基本的な構成要素) の電力要件も高まっています。高度なチップは一般に多くの電力を使用するため、より多くの熱も発生します。チップの誤動作を防ぐには、より強力な冷却が必要であり、これまでは水の消費が必要でした。

2030 年までにウォーター ポジティブになるという当社の目標達成に不可欠な、運用に必要な水を削減するために、当社はデータセンターの建物からチップに至るまで、あらゆる場所でイノベーションを進めています。全体として、この取り組みは大きな成果を生み出しています。2000 年代初頭の自社所有データセンターの第 1 世代から 2023 年の現在の世代まで、当社は水強度 (1 キロワット時あたりの水消費量) を 80% 以上削減しました。これは、クラウド インフラストラクチャが拡張されても、データセンターが 1 キロワットの電力あたりに使用する水の量を大幅に削減できることを示しています。

今日は、 水使用量の削減を継続するための2つの重点分野（１）あらゆる業務段階で水を節約すること、（２）冷却に必要な水の量を削減する革新的な技術。

業務のあらゆる段階で水を節約

すべての拠点で、冷却に必要な水の量を最小限に抑えるよう努めています。これには、年間の大半で外気による冷却が可能な温度でデータセンターを運用すること、周囲冷却の必要性を減らすこと、日常業務のあらゆる段階で水を節約することなどが含まれます。

当社では、データセンターの定期的な監査を実施し、非効率性や設計と日常的な使用が一致していない領域を特定しています。2022 年の監査では、的を絞った改善が行われ、過剰な水の使用例が 90% 排除されました。さらに、リアルタイムの気象データと運用データに基づいて水の必要性を予測するのに役立つ高度な予測モデルを構築しています。予測されるニーズと実際の消費パターンを比較することで、気付かれない可能性のある水漏れなどの非効率性を迅速に特定できます。

自治体の水道システムからの淡水需要を最小限に抑えるために、データセンターの生態地域に合わせた保全戦略を採用しています。たとえば、テキサス、ワシントン、カリフォルニア、シンガポールでは、再生水とリサイクル水の使用を拡大しました。オランダ、アイルランド、スウェーデンでは雨水を収集しており、カナダ、イギリス、フィンランド、イタリア、南アフリカ、オーストリアの新しいデータセンターにもこの機能を導入しています。

冷却に必要な水を削減する革新的な技術

革新的な冷却テクノロジは Microsoft の水戦略に不可欠であり、当社はデータセンター ポートフォリオ全体で実証済みのソリューションを急速に拡大しています。これには、熱発生源であるチップ自体を直接冷却するソリューションが含まれます。

コールド プレートは、その代表的な例です。これは、閉ループ システムで熱交換を行うチップ直接冷却技術です。コールド プレートは、従来の空冷よりも効率的に熱を放散し、自動車のラジエーターのように、シリコンを直接冷却してから冷却液を再循環させます。このソリューションにより、冷却効率が大幅に向上し、従来の方法に比べてより正確な温度制御が可能になります。

冷却プレートの効率向上を活用するために、チップへの直接冷却に最適化された新世代のデータセンター設計を開発しています。これには、新しい熱管理と電力管理の方法に対応するために、サーバーとラックのレイアウトを一新する必要があります。既存のデータセンターでは、ラックの隣にすでに使用している液体冷却システムである「サイドキック」などの革新も使用しています。 Microsoft Azure Maia AI アクセラレータ チップでは、チップの表面に取り付けられた冷却プレートから熱を奪うために流体が循環しています。

また、マイクロフルイディクスの取り組みを通じて、コールドプレート技術も進化させています。マイクロフルイディクスは、チップ設計に小さな流体チャネルを組み込むことでシリコン内部に冷却をもたらす技術です。チップ内部に液体冷却を埋め込むことで、冷却剤がプロセッサのすぐ近くに来るため、効率と精度がさらに高まります。

当社の最新のデータセンター設計は、AI ワークロードをサポートし、冷却に水を一切消費しないように最適化されています。これを実現するために、当社はチップレベルの冷却ソリューションに移行し、蒸発を必要とせずに必要な場所にのみ正確な温度冷却を提供します。これらのイノベーションにより、水の消費量を大幅に削減しながら、より高いラック容量をサポートし、データセンター内の 1 平方フィートあたりのコンピューティング能力を高めることができます。

パートナーシップと水補給への投資を通じて世界の水使用量を削減

当社のウォーター ポジティブ目標は、ウォーター フットプリントを削減するためにビジネス慣行をどのように変更できるかだけでなく、この取り組みが同様の目標に向かって取り組んでいる顧客やパートナーにどのように役立つかを考えるよう私たちを導きます。ウォーター ポジティブの 5 つの柱である削減、補充、アクセス、イノベーション、ポリシーはすべて、当社のウォーター ポジティブの取り組みにおいて重要な役割を果たします。

過去1年間で、私たちは 水補給プログラム 大幅に増加し、水補給ポートフォリオがほぼ倍増し、世界中で 49 件を超える補給プロジェクトが含まれるようになりました。これらを合わせると、プロジェクトの存続期間中に 24,000 個を超えるオリンピック サイズのプールを補給できる可能性があります。また、2030 年までに 150 万人に清潔な水と衛生サービスへのアクセスを提供するという水アクセス目標も達成しました。²

さらに、当社は顧客、パートナー、地域社会、自治体と協力して、世界中の水インフラと政策を推進し、世界の水使用量の削減に取り組んでいます。企業の水管理への取り組みは、一般的に炭素削減への投資に遅れをとっているため、¹私たちは、効果的で革新的な水管理の実践と水政策を推進する上で積極的な役割を担っています。私たちの支援プロジェクトには、(1) 米国全土で水の再利用とリサイクルを増やすための連合に参加すること、(2) 部族国家と州政府による水の安全保障の向上を支援するプロジェクトに資金を提供すること、(3) 欧州委員会における水に関する研究、分析、支援を支援することなどがあります。

マイクロソフトが持続可能性を推進する方法についてさらに詳しく

私たちがどのように持続可能性を推進しているかについては、ブログシリーズ「Sustainable by design」で詳しくご覧ください。 持続可能な設計: AI の持続可能性を推進持続可能性の目標に向けた進捗状況の詳細については、Microsoft 2024年環境持続可能性レポート。

¹気候危機に取り組むには水への投資がなぜ重要なのか、世界経済フォーラム、2024年。

²2024年環境持続可能性レポート、マイクロソフト。