GPUからモジュールまで：AIデータセンターのインフラ構成で最初に決めること

AIデータセンターのインフラ解説（第1回）

AIデータセンターの計画は、たいていサーバーの話から始まります。どのプラットフォームを使い、ノードを何台並べ、どれだけの計算能力を確保するか。一方、エンジニアリングの側では別の問いが出てきます。敷地には実際にどれだけの電力を引き込めるのか。熱はどこへ逃がすのか。ラックはどこから搬入し、据え付けた後はどう保守するのか。

これらの答えが、その敷地に収められる計算能力と、稼働を始められる時期の両方を左右します。AIデータセンターのインフラ構成では、電源、冷却、レイアウトを別々の作業として進めるのではなく、同じサーバー構成に基づいて一体で設計する必要があります。工場で製作するITモジュールも、この考え方に基づいて設計します。

ラック電力の増大と、ゼロから始める電源設計

外見が同じラックでも、中に収める機器が違えば消費電力は大きく変わります。サーバーの台数が決まっても、ネットワーク機器、冷却設備、その他の補機の負荷を負荷リストに加えなければ、施設として本当に必要な電力は見えてきません。

この負荷リストをもとに、電力用変圧器とスイッチギヤの仕様、フィーダーの回路数、ケーブルサイズ、バスダクトなど、下流の設計がすべて決まります。冗長構成も同じ段階で検討すべき項目で、どこかを保守している間に何を動かし続けなければならないのかを、はっきりさせておく必要があります。ラックや分電盤の配置が決まった後でフィーダーを追加したり、ケーブルの経路を変えたりすると、その影響はたいてい周囲に広がります。高圧配電、低圧配電、変圧、蓄電池をそれぞれ別の機能モジュールに分けるのは、こうした変更を管理しやすくする一般的な方法です。ETENZのAIデータセンター用受変電コンテナ（E-⁠House）も、この考え方で機能ごとのモジュールに分けています。

電力の配り方そのものについても、新しい方式が試されています。NVIDIAは2026年8月、AIファクトリー向けの800VDC（直流800V）アーキテクチャと、既存の交流設備から段階的に移行する道筋を示しました。こうした変化を踏まえると、インフラは現在のサーバーが求める条件と、次の増設が向かう方向の両方を見据えて設計する必要があります。

実際の案件でも、順序は変わりません。まずサーバープラットフォーム、導入規模、敷地で確保できる電源条件を確定し、そのうえでどのアーキテクチャが適しているか、どれだけのスペースを確保しておくかを判断します。

液冷でも、熱の行き先は屋外

液冷は、熱を運ぶ役割の一部を配管に移します。一般的な液対液方式のコールドプレート冷却では、冷却液がサーバーのコールドプレートで熱を受け取り、CDU（冷却液分配ユニット）で施設側の冷却系統と熱交換したあと、屋外の設備が大気へ放熱します。

この経路をたどると、相互に整合させるべき設計条件が次々に出てきます。サーバーが許容する冷却液の入口温度によって、選べる放熱設備は絞られます。配管の長さに応じた圧力損失と、バルブや熱交換器の圧力損失から、ポンプに必要な性能が決まります。外気温度は、屋外側で実際に放熱できる量の上限を決めます。これらは互いに照らし合わせて確認する必要があり、1つだけを先に固めると、後で別の条件に覆されることがよくあります。

空冷側も、同じように1項目ずつ確認します。多くの構成では、主要なプロセッサーにコールドプレートを取り付け、それ以外の部品は引き続き空気で冷やします。ITモジュール内の換気、空調、液冷ループには、実際に搭載する機器に見合った熱負荷をそれぞれ割り振る必要があります。

冷却設備を早い段階で全体配置図に載せるべき理由もここにあります。CDUをどこに置くか、配管をどこに通すか、屋外機の吸気・排気と保守のスペースは十分か。いずれもモジュールの寸法と敷地の占有面積を左右します。屋外側は通常、密閉式ドライクーラーや熱交換ユニットが受け持ちます。その能力と設置面積は、モジュール本体と同じ日程で確定しておく必要があります。

モジュール内の配置図に描き込む据付と保守の動線

ITモジュールに何台のラックを収められるかは、床面積だけでは決まりません。ラックの寸法、満載時の重量、給電と冷却の方式、機器の前後に必要な作業スペースが、すべて合わさってその台数を決めます。

サーバーをどちら側へ引き出すか、保守用の工具をどう持ち込むか、配管の継手に手が届くか、曲げたケーブルが通路をふさがないか。これらは完成後の手直しリストではなく、配置検討の段階で確認すべき項目です。寸法はラックの外形から推測せず、機器メーカーの据付資料から取ります。通路幅を決めるのは、多くの場合、ラックそのものよりも、引出しストローク、コネクタの向き、ケーブルの最小曲げ半径です。

工場で製作するモジュールは、工場から現地までの輸送にも耐えなければなりません。機器をモジュールに載せたまま輸送するか、現地到着後に据え付けるかによって、ベースフレームにかかる荷重、機器の固定方法、モジュールへの搬入経路、据付の順序が変わります。モジュールを何分割して輸送するか、配管とケーブルを現地でどうつなぎ直すかも、機器配置を決めた後ではなく、機器配置と同時に決めます。

そのため、構想がまだ固まらないうちに、サーバー、ラック、分電盤、CDU、ケーブルラック、配管を1枚の図面にまとめて確認しておく価値があります。この段階で干渉が見つかれば、図面の修正で済みます。同じ干渉が製作後に見つかれば、手戻りははるかに大きくなります。

工場に移す据付作業

工場で製作して納入する方式では、筐体の製作、機器の支持架台・ケーブルラック・配管の設置、システム試験の一部を工場で行います。その間に現地では、基礎、ユーティリティ、接続点の準備を進めます。2つの工程は並行して進み、全体の工期は遅く終わるほうで決まります。

2つの工程がうまく合流するかどうかは、取合いと据付の順序を最初にどこまで詰めたかにかかっています。工場は、機器をどこから搬入するか、各設備の配管・配線をどこで終端するか、どの確認を出荷前に完了できるかを把握しておく必要があります。現地は、同じ図面一式に基づいて、基礎と電源・冷却の接続口を準備します。

段階的に建設する場合も同じ考え方で、必要な計算能力、電源容量、冷却能力に応じてモジュールを組み合わせられます。最初にどの機器を入れるか、次にどの方向へ増設するか、増設用に確保した取合いをどう使うかは、いずれも第1期の全体配置図から読み取れるようにしておくべきです。

サーバー構成を起点とする製作可能な設計

ETENZは、工場で製作するモジュールを中心に構造設計と製造を行い、案件に応じて電気、空調、熱管理、防災、セキュリティの付帯設備を組み込みます。AIデータセンターの案件では、「筐体のみ（取合い部加工済み）」から協業を始めることも、「付帯設備の組込み」まで広げることも、そのまま据え付けられる「機器組込み・工場試験済みモジュール」として納入することもできます。「OEM/ODM（貴社ブランドで製造）」の場合も、これらの納入形態から選べます。

サーバーの候補機種と導入計画がそろえば、ラックの配置、機器の重量、給電方式、冷却条件の確認に双方で着手し、敷地と輸送の制約を設計に反映できます。そこから先は、筐体の設計、付帯機器の選定、製作の準備を、すべて同じ前提に基づいて進められます。

第2回では、サーバーから屋外へと熱の流れをたどり、コールドプレート、CDU、配管、放熱設備をどう組み合わせるべきかを見ていきます。