データセンター向けサーマルマネジメント 2023-2033Thermal Management for Data Centers 2023-2033 AI、クラウドコンピューティング、暗号マイニングなどの分野で高性能コンピューティングの需要が高まる中、チップの熱設計電力(TDP)は過去16年間で大幅に上昇し、2006年から2022年にかけて4倍の増加を経験し... もっと見る
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サマリー
AI、クラウドコンピューティング、暗号マイニングなどの分野で高性能コンピューティングの需要が高まる中、チップの熱設計電力(TDP)は過去16年間で大幅に上昇し、2006年から2022年にかけて4倍の増加を経験しました。2023年には、IDTechExはIT負荷が750Wを超えるサーバーを観測しており、このTDPの上昇傾向は、マイクロ(サーバーボードとチップ)レベルとマクロ(データセンター)レベルの両方で、より効率的な熱管理システムの必要性を推進している。近年、大手データセンターユーザーは、様々な冷却ソリューションベンダーと協力し、革新的なパイロットプロジェクトを立ち上げ、すぐに使える冷却ソリューションを商品化しており、より効率的な冷却ソリューションを採用することで冷却性能を高め、持続可能な目標を達成することを目的としています。
IDTechExのデータセンター向け熱管理に関するレポートでは、データセンターの冷却技術をデータセンターの電力容量別に細分化した詳細な市場予測を掲載しています。また、データセンターのコンポーネント別のサーマルインターフェース材料(TIM)使用量の詳細な予測も行っています。
冷却の概要
データセンターの冷却方法は、採用する冷却媒体によって、空冷と液冷に大別されます。空冷は、エアコンやファンで風を送り、対流を利用してサーバーの熱を逃がします。長い実績があるため、広く採用されている。しかし、空気の比熱が低いため、冷却能力の要求に応えるのは難しい。また、データセンターでは、サーバー(一般的には1Uサーバー)を高密度に配置し、ラックスペースの利用率を最大化しようとするため、サーバー間の空隙が狭くなり、空冷の効率はさらに低下します。
一方、液冷は液体の比熱の高さを利用して、優れた冷却性能を発揮します。液体冷却は、液体がどの部品に接触するかによって、直接チップ/コールドプレート冷却、スプレー冷却、液浸冷却に分類される。チップ直下型冷却は、GPUやチップセットなどの熱源に直接冷却液を入れたコールドプレートを取り付け、その間にTIM(サーマルインターフェースマテリアル)を塗布します。コールドプレート冷却は、特定の構成によって、1.02から1.20の範囲の部分的電力使用効率(pPUE)を達成することができます。
サーバーを冷却液に完全に浸し、熱源と冷却液の直接接触を可能にすることで、1.01という最も低いpPUEで最高の冷却性能を達成する液浸冷却が、新たな選択肢となっています。しかし、複雑さ、専門知識の不足、高い初期費用(US$/Watt)といった課題から、その普及はまだ限定的である。しかし、液浸冷却は長期的なエネルギー節約の可能性を秘めており、エネルギー危機という現在の状況を考えると経済的に有益であるだけでなく、大企業が長期的にエネルギー節約と持続可能性の目標を達成するのに役立ちます。IDTechExによる従来の空冷と液浸冷却の総所有コスト(TCO)の比較分析によると、レポートに記載されている前提条件下で、液浸冷却の投資回収期間は約2.2年であることが判明しています。また、本レポートでは、データセンターのエンドユーザーと液浸冷却ベンダーとの戦略的提携やパイロットプロジェクト、液浸冷却の普及を阻むその他の障害についても紹介しています。空冷、コールドプレート、液浸冷却について、2033年までの市場導入と収益予測を示しています。
液冷は、単相冷却と二相冷却に分類することができます。一般に二相冷却はより高い効果を示しますが、パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル物質(PFAS)に基づく二相浸漬冷却液に関する規制、相変化時の圧力上昇に耐える液体容器の機械強度要件、気化による液体損失、高いメンテナンスコストなどの課題があります。本レポートでは、さまざまな液冷ベンダー、冷却液サプライヤー、データセンターのエンドユーザーについて分析し、単相および二相のダイレクト・トゥ・チップ/コールドプレートおよび液浸冷却に関連する機会と脅威についての洞察を提供します。
データセンター向け冷却ソリューションのベンチマーク分析。
出典:IDTechEx
IDTechExでは、データセンターの電力容量の増加、ハイパースケールデータセンターの台頭、すぐに使える液体冷却ソリューションの提供などの要因から、液体冷却の採用が急速に進むと予測しています。特に、コールドプレート冷却は、その費用対効果と既存の空冷式データセンターとの互換性により、液浸冷却ソリューションに対応するための大規模な改修の必要がないため、最大の成長を遂げると予想されます。
本レポートでは、これらの予測に基づき、データセンターにおける液冷関連ハードウェアの10年間の売上予測を、データセンターのIT電源容量の階層別に詳細に示しています。
市場機会
液冷の採用が進むにつれ、新たなビジネスチャンスが生まれ、データセンターの冷却サプライチェーンに関わる企業間の連携が強化されつつあります。冷却液分配ユニット(CDU)ベンダー、ポンプベンダー、冷却液サプライヤーなどのコンポーネントサプライヤーは、液冷の採用拡大から利益を得ることが期待されます。CDUとポンプは、液冷システムの流量を制御するための重要なコンポーネントです。材料の互換性や圧力損失などの要因を慎重に考慮する必要がある。本レポートでは、さまざまな市販のインラックおよびインローCDUを紹介するとともに、動的粘度、密度、比熱、熱伝導率、必要なパイプ長およびパイプ径に基づく冷却液の包括的な比較を行っている。また、今後10年間のデータセンター業界におけるCDUとポンプの予測も行っています。
本レポートの主な内容
空冷
ダイレクト・ツー・チップ/コールド・プレート・クーリング
ループヒートパイプ
単相液浸
二相浸漬
冷却水の比較と規制
冷却水分配装置(CDU)およびポンプ
サーマルインターフェイス材料
2023年から2043年までの10年間のデータセンター向け冷却の市場規模予測
データセンターで使用されるCDUの10年間の販売台数。
目次
Summary
この調査レポートでは、2023-2033年のデータセンターの冷却技術をデータセンターの電力容量別に細分化した詳細な市場予測や、データセンターのコンポーネント別のサーマルインターフェース材料(TIM)使用量の詳細な予測を掲載しています。
主な掲載内容(目次より抜粋)
Report Summary
With the increasing demand for high-performance computing in sectors like AI, cloud computing, and crypto mining, the thermal design power (TDP) of chips has risen significantly over the past 16 years, experiencing a four-fold increase from 2006 to 2022. In 2023, IDTechEx has observed servers with IT loads exceeding 750W and this upward trend in TDP has propelled a need for more efficient thermal management systems at both the micro (server board and chip) and macro (data center) levels. In recent years, leading data center users have collaborated with various cooling solution vendors to launch innovative pilot projects and commercialize ready-to-use cooling solutions, aiming to enhance cooling performance and meet sustainability targets by adopting more efficient cooling solutions.
IDTechEx's report on Thermal Management for Data Centers covers a granular market forecast of data center cooling technologies segmented by data center power capacity. The report also provides a granular forecast of thermal interface materials (TIMs) usage by data center component.
Cooling Overview
Data center cooling methods can be broadly categorized into air cooling and liquid cooling, depending on the cooling medium employed. Air cooling relies on air conditioning and/or fans to blow air, utilizing convection to dissipate heat from the servers. It has been widely adopted due to its long and successful track record. However, the low specific heat of air makes it challenging to meet the increasing cooling capacity requirements. Additionally, as data center users strive to maximize rack space utilization by densely packing servers (typically 1U servers), the air gaps between servers become narrower, which further reduces the efficiency of air cooling.
Liquid cooling, on the other hand, takes advantage of the higher specific heat of liquid to achieve superior cooling performance. Depending on the which components the fluids contact, liquid cooling can be classified into direct-to-chip/cold plate cooling, spray cooling, and immersion cooling. Direct-to-chip cooling involves mounting a cold plate with coolant fluid directly on top of heat sources such as GPUs and chipsets, with a thermal interface material (TIM) applied in between. Cold plate cooling can achieve a partial power use effectiveness (pPUE) ranging from 1.02 to 1.20, depending on the specific configuration.
An emerging alternative is immersion cooling where the servers are fully submerged in coolant fluids, enabling direct contact between the heat sources and the coolant, thereby achieving the best cooling performance with the lowest pPUE of 1.01. However, its widespread adoption is still limited due to challenges such as complexity, limited industry expertise, and high upfront costs (in terms of US$/Watt). Nevertheless, immersion cooling holds potential for long-term energy savings, which is not only economically beneficial given the current context of energy crisis but also helps the large companies to achieve their energy saving and sustainability goals in the long run. IDTechEx's comparative analysis of the total cost of ownership (TCO) between traditional air cooling and immersion cooling reveals that the payback time for immersion cooling is approximately 2.2 years, subject to the assumptions listed in the report. This report also highlights strategic collaborations and pilot projects between data center end-users and immersion cooling vendors, as well as other barriers hindering the widespread adoption of immersion cooling. Market adoption and revenue forecasts are provided for air, cold-plate, and immersion cooling through to 2033.
Liquid cooling can also be classified into single-phase and two-phase cooling. Two-phase cooling generally exhibits greater effectiveness, but it also presents challenges such as regulations regarding two-phase immersion cooling fluids based on perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS), mechanical strength requirements for fluid containers to withstand increased pressure during phase changes, fluid loss due to vaporization, and high maintenance costs. This report provides an analysis of different liquid cooling vendors, coolant fluid suppliers, and data center end-users, offering insights into the opportunities and threats associated with single-phase and two-phase direct-to-chip/cold plate and immersion cooling.
Source: Benchmarking analysis of cooling solutions for data centers. Source: IDTechEx
IDTechEx anticipates rapid growth in the adoption of liquid cooling, driven by factors such as the increasing power capacity of data centers, the rise of hyperscale data centers, and the availability of ready-to-use liquid cooling solutions. Specifically, cold plate cooling is expected to experience the largest growth due to its cost effectiveness and compatibility with existing air-cooled data centers, eliminating the need for extensive retrofitting to accommodate immersion cooling solutions.
In line with these projections, this report offers a detailed 10-year revenue forecast for hardware related to liquid cooling in data centers segmented by different tiers of data center IT power capacity.
Market Opportunities
With greater adoption of liquid cooling, new opportunities are emerging, leading to strengthened collaborations among companies involved in the data center cooling supply chain. Component suppliers such as coolant distribution units (CDUs) vendors, pump vendors, and coolant fluid suppliers are expected benefit from the increased adoption of liquid cooling. CDUs and pumps are critical components for controlling the flow rate in liquid cooling systems. Factors such as material compatibility and pressure drop need to be carefully considered. This report introduces various commercial in-rack and in-row CDUs, accompanied by a comprehensive comparison of coolant fluids based on their dynamic viscosity, density, specific heat, thermal conductivity, as well as required pipe length and pipe diameter. The report also provides a forecast of CDUs and pumps in the data center industry for the next 10 years.
Key aspects of this report
Air Cooling
Direct-to-Chip/Cold Plate Cooling
Loop Heat Pipe
Single-Phase Immersion
Two-Phase Immersion
Coolant Comparison and Regulations
Coolant Distribution Units (CDUs) and Pumps
Thermal Interface Materials
10 year market size forecast of data center cooling from 2023 to 2043
10 year unit sales of CDUs used in data center.
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よくあるご質問IDTechEx社はどのような調査会社ですか?IDTechExはセンサ技術や3D印刷、電気自動車などの先端技術・材料市場を対象に広範かつ詳細な調査を行っています。データリソースはIDTechExの調査レポートおよび委託調査(個別調査)を取り扱う日... もっと見る 調査レポートの納品までの日数はどの程度ですか?在庫のあるものは速納となりますが、平均的には 3-4日と見て下さい。
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2024/07/01 10:26 162.23 円 174.76 円 207.97 円 |