AIデータセンター冷却の電力を3割削減へ 日立の新技術：数千本の「U字トンネル流路」を採用

日立製作所は、AIデータセンター向けに、GPUを効率的に冷却する新型コールドプレートを開発した。数千本の微細な「U字トンネル流路」を採用することで、高い冷却性能と低い圧力損失を両立した。従来より高温の冷却液を使用でき、データセンターの冷却設備の消費電力を約30％削減できる見込みだという。

[浅井涼，EE Times Japan]

　日立製作所は2026年10月21日、AIデータセンター向けに、GPUの冷却効率を高める新型コールドプレートを開発したと発表した。独自の「U字トンネル流路」を採用することで、高い冷却性能と低い圧力損失を両立。従来より高温の冷却液を利用できるようになり、GPUから回収した熱を外気へ放出するために必要な電力を約30％削減できる見込みだという。

　生成AIの普及に伴い、AIデータセンターではGPUの高性能化／高密度化が進み、冷却に必要な電力の増大が課題となっている。一般的な液冷方式では、GPUに接触させたコールドプレート内に冷却液を流し、GPUから発生する熱を回収する。その後、回収した熱をチラーや冷却塔などを介して外気へ放出する仕組みだ。

AIデータセンター冷却の全体像［クリックで拡大］ 出所：日立製作所

　従来のコールドプレートは、GPUの表面に沿って冷却液を流す構造が一般的だった。この構造では、流路の後半になるほど冷却液の温度が上昇するので、発熱部全体を均一に冷却することが難しかった。冷却性能を高めるために流路を細かくすると、冷却液が流れる際の圧力損失が増大し、ポンプの消費電力が増えるという課題もあった。

数千本の微細流路で冷却性能と低圧力損失を両立

　今回、日立が開発したコールドプレートは、冷却液をGPUの表面に沿って流すのではなく、GPUの発熱部に向かって厚み方向に流す「U字トンネル流路」を採用した。

従来構造と新技術の比較［クリックで拡大］ 出所：日立製作所

　この構造では、入口から供給された冷却液がGPUの発熱部近傍まで到達し、熱を回収した後、U字型に折り返して出口へと流れる。入口側の冷たい冷却液と、熱を回収して温まった出口側の冷却液が混ざらない構造とすることで、冷却性能の低下を抑えた。

GPU冷却用コールドプレート試作品と独自のU字トンネル流路の模式図［クリックで拡大］ 出所：日立製作所

　さらに、数千本の微細なU字トンネル流路を並列に配置した。1本当たりの流路を短くすることで摩擦による圧力損失を低減するとともに、流路全体の断面積を確保し、冷却液を流れやすくした。これによって、冷却性能の向上とポンプ動力の低減を両立したという。

　試作品を用いた評価では、冷却液の流量が4L／分の条件で、熱抵抗0.011K/W、圧力損失27.6kPaを達成した。従来構造と比較して、同じ冷却動力でより高い冷却性能が得られることを確認した。

冷却電力を約30％削減できる見込み

　新型コールドプレートによって、従来より高い温度の冷却液でもGPUを効率的に冷却できるようになる。冷却液の温度を高めることで、外気との温度差を生かした放熱が容易になり、チラーの稼働を抑えられる。

　日立が東京などの代表的な都市の外気温度をもとに、年間のチラー稼働率の変化を試算したところ、GPUから回収した熱を外気に放出するための冷却電力を約30％削減できる見込みを得たという。

　日立は今後、今回開発したコールドプレートに加え、ポンプやチラー、配管などを含む冷却設備全体の高性能化を進める方針だ。データセンターの統合運用を支援するデジタルサービス「HMAX Data Center」と連携させ、冷却システム全体の運用効率向上を目指す。