■AIは巨大な発熱装置である
AIはソフトウェアに見える。
しかし実際には、
● GPU
● CPU
● メモリ
● 通信機器 といったハードウェアの上で動いている。
そしてこれらは、膨大な計算を実行している。
計算量が増えるほど、電力消費は増える。
そして消費した電力のほぼ全ては、熱へ変わる。
つまりAIとは、電力を知能へ変換する技術であると同時に、
電力を熱へ変換する技術でもある。
人間の知恵熱みたいなものか。
■AIが賢くなるほど熱は増える
AI業界では、より大きなモデル。
より多くのデータ。
より高速な推論。が求められている。
つまり、AIが進化するほど、演算量は増える。
演算量が増えれば、発熱量も増える。
これは避けることができない。
■GPUはなぜ熱くなるのか
GPUの内部では、膨大な数のトランジスタが動作している。
電流が流れると、抵抗によって熱が発生する。
これは中学校の理科で学ぶジュール熱と同じ原理だ。
つまり、GPUが熱いということは、それだけ仕事をしているということでもある。
人間は熱が出た時は仕事しない方が良いに決まっている、GPUがかわいそうに思える。
■AIサーバーの本当の課題
一般の人は、AI競争というと、どの会社が優秀なAIを作るかに注目する。
しかしデータセンター運営者やサーバーメーカーが見ているのは、別の問題だ。
それは、この熱をどう処理するかである。
■AIサーバーは冷却能力で決まる
例えば、どれだけ高性能なGPUを搭載しても、
冷却できなければ、性能を下げなければならない。
これはサーマルスロットリングと呼ばれる。
つまり、理論性能よりも、実際に冷やせるかの方が重要になる。
■空冷の限界が見え始めている
従来のサーバーは、ファンによる空冷が主流だった。
しかしAIサーバーでは、発熱量が急増している。
すると、空気だけでは熱を運びきれなくなる。
そのため近年は、液冷への移行が急速に進んでいる。
■なぜ液冷なのか
理由は単純だ。
水は空気よりも、
はるかに熱を運びやすい。
そのため、
GPU
↓
冷却プレート
↓
冷却液
↓
熱交換器 という構造が増えている。
つまり現在のAIサーバーは、コンピューターというより、
冷却設備に近づいている。
確かに人間も暑い時、海やプールに行きたがる。
■AIサーバーは熱密度との戦い
昔のサーバーは、部屋全体が熱かった。
しかし現在は違う。
問題になるのは、部だけ異常に熱い状態である。
これをホットスポットという。
特に、
● GPU
● HBMメモリ
● 電源周辺 などで発生しやすい。
■なぜ熱密度が問題なのか
例えば、100Wの発熱でも、机サイズに広がっていれば問題にならない。
しかし、切手サイズの領域に集中すると、急激に温度が上がる。
つまりAIサーバーの課題は、
発熱量ではなく、熱密度なのである。
■今後さらに熱問題は悪化する
AI業界は今後も、より高性能化を目指す。
つまり、
● GPU大型化
● 演算量増加
● 消費電力増加 が続く。
すると、熱問題はさらに深刻になる。
将来的には、AI競争＝冷却競争になる可能性すらある。
■研究者視点 ： AIの進化を支えるのは熱設計
現在研究されているのは、
● 液冷
● 浸漬冷却
● ベイパーチャンバー
● 高熱伝導材料
● 次世代TIM など。
しかし本質は、熱をどこへ逃がすかである。
■現場視点 ： 最後は接触で決まる
どれだけ優れた放熱材を使っても、
● 浮き
● 空気層
● 圧力不足 があれば冷えない。
つまりAIサーバーでは、接触熱抵抗が重要になる。
■OTIS視点
AIサーバー向け熱対策では、
● 放熱材加工
● 絶縁放熱材加工
● 微細加工
● 高精度ラミネート
● 異種材料接合
● 高精度打ち抜き などが重要になる。
特に、高性能材料を量産で成立させることが重要になる。
■OTISでできること
OTISでは、
● 放熱シート加工
● グラファイト加工
● 高精度ラミネート
● 微細加工
● 異形状積層
● 自動化供給対応 などを通じて、
AIサーバー向け熱対策部材の量産成立へ貢献できる可能性がある。
■OTISの専門外
OTISは、
● GPU設計
● AIモデル開発
● データセンター運営
● 液冷システム開発 を専門とする会社ではない。
しかし、熱対策材料を量産で成立させるという領域では、重要な役割を担える可能性がある。
■この技術が重要になる産業
★★★★★ AIサーバー
★★★★★ データセンター
★★★★☆ クラウドサービス
★★★★☆ エッジAI
★★★★☆ スーパーコンピューター
■まとめ
多くの人は、AI競争を知能競争だと思っている。
しかし実際には、その裏で、熱との戦いが起きている。
AIが進化するほど、発熱量は増える。
そして今後は、どれだけ賢いAIを作れるかだけではなく、
どれだけ熱を処理できるかが、競争力を左右する時代になるのかもしれない。
コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。
※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません
