GMORS

私たちが動画をストリーミングしたり、写真をクラウドに保存したり、オンラインショッピングを楽しんだり、メッセージを送信したりするたびに、その舞台裏ではデータセンターが稼働しています。これらの施設には、世界中の個人や企業が利用するデジタル情報を処理・保存するために、何千台ものサーバーが収容されています。

これらのサーバーはすべて、稼働中に熱を発生します。従来、データセンターは、この熱を排出し、機器を安全に稼働させ続けるために、空冷システムに頼ってきました。

しかし、デジタルサービスの拡大が続く中、データセンターはますます増大するコンピューティング能力に対応しなければならなくなっています。この傾向は、従来の多くのワークロードよりもはるかに膨大な処理能力を必要とする、AI（人工知能）アプリケーションや大規模言語モデル（LLM）の台頭によって、さらに加速しています。

この高いパフォーマンスを実現するために、サーバーにはより強力なプロセッサが搭載されるようになりました。これらのチップは大量の電力を消費し、そのエネルギーの多くは稼働中に熱として放出されます。

さらに、データセンターの運営者は、限られたスペースを有効活用するため、同じサーバーラック内により高密度な計算処理能力を収容する傾向があります。その結果、より狭いエリアでより多くの熱が発生することになり、空冷だけでは効果的に排熱することがますます困難になっています。

これこそが、データセンターにおける液冷が極めて重要なソリューションとして注目されている理由です。では、そもそもデータセンターにおける液冷とは何なのか、そしてそれはどのように機能するのでしょうか。まずは基本から見ていきましょう。

データセンターにおける液冷とは？

データセンターにおける液冷とは、空気だけに頼るのではなく、循環する液体（冷却液）を使用してサーバーから熱を排出する方法のことです。

冷却液が冷却システム内を流れることで、サーバーからの熱を吸収して外部へと持ち去ります。温められた液体はその後冷却され、再びシステム内を循環してこのプロセスを繰り返します。

空気と比較して、液体ははるかに多くの熱を運ぶことができます。これにより、データセンターはより高速で高性能なプロセッサを採用し、同じラック内により多くのサーバーを設置することが可能になります。

言い換えれば、液冷はデータセンターが同じ物理的スペース内でより大きな計算処理能力をサポートするのに役立ちます。

このような理由から、ハイパースケールデータセンター、AI学習クラスター、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）施設、エッジコンピューティング環境など、負荷の高い計算需要が発生する環境において、液冷の導入が急速に進んでいます。

次のセクションでは、データセンターにおける液冷の仕組みと、現在使用されている主な冷却構成について見ていきます。

データセンターにおける液冷の仕組み

データセンターで使用される液冷システムは、大きく分けて「直接液冷（DLC：Direct Liquid Cooling）」と「浸漬冷却（Immersion Cooling）」の2つのアプローチに分類されます。どちらの方法も空冷より効率的に熱を排出できますが、冷却液がサーバー機器とどのように接触するかという点で異なります。

・直接液冷（DLC：Direct Liquid Cooling）

直接液冷では、CPU、GPU、AIアクセラレータなどの高発熱コンポーネントに直接取り付けられた「コールドプレート」に、チューブを通じて冷却液を送り込みます。各コールドプレートの内部には流路（チャンネル）があり、そこを冷却液が流れます。冷却液がこの流路を通過する際にプロセッサからの熱を吸収します。温められた冷却液はその後熱交換器へと運ばれ、そこで熱を除去してから、再びシステムへと循環します。

直接液冷は、さらに以下の2つのタイプに分類されます。

単相（シングルフェーズ）DLC

単相DLCでは、冷却サイクル全体を通じて冷却液が常に液体の状態を保ちます。コールドプレートから熱を吸収し、熱交換器へ流れ、冷却されてから再び循環します。

二相（ツーフェーズ）DLC

二相DLCでは、冷却液がプロセッサからの熱を吸収する際に、その一部が蒸発（気化）します。その後、蒸気は凝縮されて液体に戻り、システムへと循環します。この相変化により、大量の熱を非常に効率よく除去することができます。

・浸漬冷却（Immersion Cooling）

浸漬冷却では、サーバー全体を「誘電体流体（専用の非導電性液体）」で満たされたタンクの中に配置します。誘電体流体は電気を通さないため、電子部品に直接触れてもショート（短絡）を起こしません。液体がサーバー全体を包み込むため、特定のチップだけでなく、すべてのコンポーネントから熱を吸収することができます。

浸漬冷却も同様に、以下の2つのタイプに分類されます。

単相（シングルフェーズ）浸漬冷却

単相浸漬冷却では、誘電体流体は液体の状態を維持します。温められた液体は熱交換器へと循環され、冷却された後に再び浸漬タンクへと戻されます。

二相（ツーフェーズ）浸漬冷却

二相浸漬冷却では、比較的低い温度で沸騰するように調合された誘電体流体を使用します。サーバー部品からの熱を吸収すると、液体の一部が蒸気に変わります。この蒸気が凝縮器（コンデンサー）へと上昇し、そこで冷却されて液体に戻ります。その後、液体はタンクへと戻り、連続的な冷却サイクルが形成されます。

なぜデータセンターの液冷においてシーリングが重要なのか

液冷は、冷却液をデリケートな電子部品に極めて近づけることで排熱性能を向上させます。これにより冷却効率は大幅に向上しますが、万が一漏洩（リーク）が発生した場合、高価なIT機器に直接的なダメージを及ぼすということでもあります。

ほんのわずかな漏洩であっても、ハードウェアの損傷、システムのダウンタイム、冷却液の汚染、そして多大なメンテナンスコストにつながる可能性があります。

これを防ぐため、コールドプレート、クイックディスコネクト（カプラ）、マニホールド、ポンプ、熱交換器、浸漬タンクなど、冷却システムのあらゆる場所にシール（密閉部品）が取り付けられています。これらのシールは、連続的な稼働条件下で冷却液を確実に閉じ込め続けなければなりません。

時間の経過とともに、シーリング材はいくつかの課題に直面します。

• 化学的影響: 水-グリコール混合液、冷媒、または誘電体流体への曝露
• 温度変化: 材料の硬化、収縮、または弾性の喪失の原因となる温度の変動
• 圧力変動: シール面（密閉面）に繰り返し加わる応力
• 圧縮永久ひずみ: シールが徐々に変形し、接触圧力を維持する能力を失う現象
• 汚染管理: シール材料から冷却液の性能に影響を与える可能性のある物質が溶出（アウトガスなど）することの防止

こうした厳しい要求があるため、シールの設計と材料選定の双方が、液冷システムの長期的な信頼性を確保する上で極めて重要な役割を果たします。

次のセクションでは、直接液冷システムおよび浸漬冷却システムにおける主なシーリング箇所と、それぞれのポイントで使用されるシーリングソリューションについて詳しく見ていきます。

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各種シーリングソリューションが液冷システムを支える仕組み

液冷システムの各部位はそれぞれ異なる機能を果たしており、個々のシーリング箇所は、特有の化学的、熱的、および機械的な課題に直面しています。長期的な信頼性を確保するためには、システム内の各ポイントにおける特定の条件に合わせて、最適なシーリング材を選択（マッチング）する必要があります。

直接液冷（DLC）システムにおけるシーリング

一般的な直接液冷（DLC）システムでは、冷却液が冷却水循環装置（CDU：Cooling Distribution Unit）からマニホールドやフレキシブルホースを経由し、プロセッサに取り付けられたコールドプレートへと流れます。また、クイックコネクター（カプラ）により、ループ全体の液体を排出することなく、個々のサーバーの接続や取り外しが可能になっています。

コールドプレート用シール

コールドプレートは、CPUやGPUなどのプロセッサに直接取り付けられます。コールドプレートの内部では、冷却液が狭い流路を通過し、チップからの熱を吸収します。

コールドプレートに使用されるシールは、プロピレングリコールと水の混合液（PG25など）をはじめとする、水-グリコール系冷却液に対して適合性（耐性）を持っていなければなりません。さらに、流路内の微細なチャンネル（マイクロチャンネル）を詰まらせる原因となる不純物の放出リスクを最小限に抑えるため、溶出物質が極めて少ない（ロー・エクストラクタブル）特性も求められます。

GMORSは、水系冷却システムに最適化された、特別に配合されたEPDMコンパウンドを提供しています。これらの材料は、優れた耐薬品性と低い溶出特性を兼ね備えており、冷却液の純度を保護するのに貢献します。

クイックコネクター（カプラ）用シール

クイックコネクターは、ループ全体の液体を排出することなく、サーバーや冷却モジュールの接続・取り外しを可能にします。

一度取り付けられたシールは長期間にわたって圧縮された状態が続くため、繰り返しの脱着サイクルや、高温への長時間の曝露（ばくろ）の後でも、信頼性の高いシーリング性能を発揮し続けなければなりません。

GMORSは、時間の経過とともにその弾性を維持するシーリング材を使用しており、クイックコネクターが一定の締め付け力（シール性）と信頼性の高い漏洩防止性能を維持できるようサポートします。

マニホールド用シール

マニホールドは、メインの供給ラインから複数のコールドプレートやサーバーへ冷却液を分配します。多くの接続点（コネクションポイント）が存在するため、どこか1箇所のシールで漏洩が発生しただけでも、冷却ループ全体の性能に影響を及ぼす可能性があります。

マニホールドのシールは、稼働中常に圧縮された状態にあり、継続的な温度変化や圧力変動にさらされても、締め付け力を維持し続ける必要があります。

GMORSは、長期間の圧縮下でも形状と締め付け力を維持できる復元性に優れたゴムコンパウンドを使用しており、マニホールド用シールが長期にわたり安定した性能を発揮できるよう貢献します。

CDU（冷却水循環装置）用シール

冷却水循環装置（CDU）には、冷却液の流量、圧力、温度を制御するためのポンプ、バルブ、熱交換器が組み込まれています。

これらのコンポーネントに使用されるシールには、連続稼働条件下における信頼性の高い耐薬品性と寸法安定性が求められます。

GMORSは、重要なCDUコンポーネントの確実なシーリングを支えるため、精密なOリングや、厳しい公差基準で製造されたカスタムシールを提供しています。

浸漬冷却システムにおけるシーリング

浸漬冷却システムでは、サーバーは誘電体流体（専用の非導電性液体）で満たされた密閉タンクの中に配置されます。タンクの蓋（トップカバー）、ケーブル導入部（フィードスルー）、ポンプ、熱交換器の周囲には、液体やシステムによってはその蒸気を閉じ込めるために、追加のシールが使用されます。

タンク蓋（リッド）用ガスケット

浸漬タンクは誘電体流体で満たされ、蓋の周囲に配置された大型ガスケットによって密閉されます。

これらのガスケットは、誘電体流体に対する適合性を維持し、かつ広い表面積にわたって信頼性の高いシール性を確保し続けなければなりません。

GMORSは、誘電体流体への長期的な曝露を想定して設計された、カスタムガスケット材料を提供しています。

ケーブル導入部（フィードスルー）用シール

電源ケーブルや通信ケーブルは、液体を漏らすことなくタンクの壁を通過（パススルー）させる必要があります。

これらのシールは、熱膨張や動きを吸収しながら、各ケーブルの周囲に隙間なく密着しなければなりません。

GMORSは、複雑なケーブル導入部の形状に適合する、カスタム成形シーリングソリューションを開発しています。
 

液体封入および蒸気制御用シール

二相（ツーフェーズ）浸漬システムでは、誘電体流体は比較的低い温度で沸騰するように設計されています。液体が蒸発と凝縮を繰り返すため、シーリングシステムは、液体の透過（にじみ出し）を最小限に抑えながら、液体と蒸気の両方をしっかりと閉じ込めなければなりません。

また、この相変化のプロセスは、システム内部に圧力パルス（圧力変動）を生じさせることがあります。時間が経つにつれ、これらの圧力変動によってシールが繰り返し膨張・収縮し、疲労や漏洩のリスクが高まる可能性があります。

GMORSは、低透過性、高引張強度、性能に優れた機械的耐久性を備えた、化学的に不活性なシーリングコンパウンドを提供しています。これらの材料は、流体の損失を減らし、安定したシステム圧力を維持するとともに、二相冷却に伴う繰り返しの圧力変動への耐性を発揮します。

ポンプおよび熱交換器用シール

ポンプと熱交換器は、誘電体流体を循環・冷却させます。

これらのコンポーネントに使用されるシールは、特殊な冷却液に長期間さらされても安定した性能を維持する必要があります。

GMORSは、デリケートな電子機器環境における液体のクリーン度を保ち、汚染リスクを低減するのに貢献する、シリコーンフリーのエラストマーコンパウンドを提供しています。

なぜ液冷にGMORSのシーリングソリューションが選ばれるのか？

液冷システムは、システム全体で冷却液を確実に閉じ込めるために、無数のシールに依存しています。長期的な信頼性を確保するためには、これらのシーリング材が、水-グリコール系冷却液、冷媒、および誘電体流体にさらされても、常に安定した性能を維持し続けなければなりません。 

GMORSは、液冷データセンターやハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）システム向けの高性能シーリングソリューションを専門としています。当社の材料および製造プロセスは、単相・二相の直接液冷（DLC）や浸漬冷却システムなど、幅広い冷却アーキテクチャをサポートするように設計されています。

GMORSは、Open Compute Project（OCP）の液冷基準およびデザインガイドラインに準拠したシーリングソリューションを開発しています。材料配合の専門知識と精密な製造技術により、次世代のAIおよびGPUインフラストラクチャにおける、信頼性の高い長期的なシーリング性能の実現をお手伝いします。

お客様の液冷アプリケーションに適したシーリングソリューションについての悩みやご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。
 

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