成果報告書詳細
管理番号20110000001049
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 「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(グリーンITプロジェクト)/エネルギー利用最適化データセンタ基盤技術の研究開発 最適抜熱方式の検討とシステム構成の開発/冷却ネットワークとナノ流体伝熱による集中管理型先進冷却システムの開発」2
公開日2011/10/12
報告書年度2008 - 2010
委託先名独立行政法人産業技術研究所
プロジェクト番号P08017
部署名エネルギー対策推進部
和文要約増大が顕著なデータセンターの消費電力の低減を図るため、従来の空冷によるサーバ冷却手法に替わり、液冷を基本とした冷却ネットワークによるサーバ冷却手法に関する研究開発を実施した。
現状のデータセンタは、サーバからの大量の排熱をファンによってサーバルーム内に散逸させ、サーバルーム全体を空調によって温度を下げて、CPU等のIT機器のデバイス温度を許容範囲に収めており、極めて無駄な冷却、空調電力消費をしている。本研究開発では、サーバのデバイスを直接液冷すると共に、ネットワーク化した冷却系によって集約された廃熱を集中管理することにより、室内環境への廃熱の放出の大幅削減、サーバルーム、データセンタの消費電力の大幅削減を可能とする先進冷却システムの実現を目指した。
産業技術総合研究所では、CPUからの排熱を一旦サーバ外に輸送するための高性能ヒートパイプの研究開発を担当した。すなわち、ヒートパイプの蒸発側がCPUと接し、凝縮側が液冷の熱交換器で冷却され、CPUからの排熱は、ヒートパイプによってサーバ外の液冷システムに輸送される。これは、CPUを直接液冷する際の液洩れの危惧により、未だに大半のユーザーが液冷を忌避しているためである。
本研究開発を通じて、厚さ1.5mm、長さ200mmの寸法の薄型ヒートパイプで熱抵抗0.5K/W以下、熱輸送能力100W以上の性能を実証したが、これは従来の同寸法のヒートパイプの性能の2倍以上の性能に相当する。次に、開発したヒートパイプを実機のサーバに実装し、80Wの消費電力を有するCPU2ヶを定格範囲内に冷却することができた。
更に、当初の研究開発計画にはなかったが、冷却システムの簡素化、熱輸送能力の大容量化を目指し、薄型プレートタイプのヒートパイプの開発を試みた。通常、薄型ヒートパイプは円筒状のヒートパイプのプレス加工により成型するが、この手法は寸法が限定されてしまい、大容量化は不可能である。そのため、銅板の拡散接合による成形加工で試作を進め、一部、試作品をサーバに実装して冷却性能を調べている。
英文要約Title: Advanced Cooling Network Systems (FY2008-FY2010) Final Report
The number of data centers and electric power consumed in data centers show a drastic increase. In the present data centers, nearly 40% of electric power consumed is for CRAC (Computer Room Air Conditioning) to cool down IT equipments such as CPUs. The objective of the present research and development is to reduce the cooling power in server rooms more than 50% by developing the liquid-cooling network systems instead of the present air-cooling systems.
AIST is responsible for the development of high performance heat pipes which transport the heat dissipated in CPUs. Although direct liquid-cooling of CPUs is highly effective, majority of customers do not accept direct liquid-cooling systems because of possible liquid leakage in servers. The employment of heat pipes is one of the solutions to meet the requirement of customers, i.e. heat dissipated at CPUs is transferred to the outside of servers by heat pipes, and the heat transported is then delivered to liquid cooling network systems.
High performance thin heat pipes, 1.5mm in thickness and 200mm in length, were developed and outstanding thermal performance, the thermal resistance less than 0.5K/W and maximum heat transport rate over 100W, was confirmed. The thin heat pipes developed were then utilized to cool down CPUs (80W dissipation) in real servers. The cooling performance with the aid of thin heat pipes was evaluated, and it was demonstrated that the temperature of CPUs was kept within the tolerance.
Although it was not involved in the original program, a new challenge for the development of plate-type heat pipes, manufactured by diffusion bonding, has been conducted. In comparison with tubular heat pipes, planar heat pipes have a number of advantages, however, the size of planar heat pipes is limited and the heat transport capability is, therefore, limited. A series of prototype heat pipes is under development and evaluation of the cooling performance in servers is on going.
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