海上コンピューティングの新モデル
中国は上海近海の海底に設置したデータセンターの第1期を稼働させた。洋上風力発電と海水冷却を組み合わせる計画だ。HiCloudが建設したこのプロジェクトは、出力2.3メガワットの実証設備から始まり、24メガワットまで拡張する予定。臨港新片区沖に位置し、電力の大部分は近隣の洋上風力タービンから供給される。密閉型のサーバー室の周囲に海水を循環させ、熱を取り除く。建設投資額は約16億元（約2億2,600万ドル）で、運営事業者は電力使用効率（PUE）を1.15以下とすることを目指す。実現すれば、同種施設の中でも最高水準の効率となる。
目次
この方式は、データセンター設計に長年つきまとってきた制約を覆すものだ。従来型の施設では冷凍機や冷却塔を使い、施設の電力消費の40～50％を冷却設備が占めることもある。海底の安定した低温環境を活用することで、この水中施設は冷却に使うエネルギーを総消費量の10％未満に抑えることを目指す。設計者は、同等の陸上施設と比べ、総電力需要を約22.8％削減できると見積もる。また、土地使用を90％以上削減でき、冷却用の淡水も不要となる。いずれも上海のような人口密集沿岸都市では深刻な制約だ。
このプロジェクトは、中国で数年にわたって行われた実証実験を踏まえたものだ。海南島沖では、HiCloudがすでに水深約35メートル（114フィート）に商用の海底設備を設置している。耐圧ポッドを使い、それぞれに400～500台のサーバーを収容する。ポッド同士を連結し、海底ケーブルで本土につないでいる。こうしたモジュールは、より大規模なクラスターへの足がかりと位置づけられている。全国の計算能力を拡大し、処理拠点を各地に分散させる国家計画「東数西算」の一環でもある。
システムの場所と仕組み
上海の施設は、中国（上海）自由貿易試験区の臨港新片区近海に位置する。光ファイバー回線が水中モジュールとの間でデータを送受信し、モジュールは嵐による揺れを抑えるため海底に固定されている。電力ケーブルで洋上風力発電所と接続し、電力の95％超を供給する。初期稼働では最大198ラックを収容できる小規模な設備を運用し、次の段階でポッドを追加して拡張できるようにする。
効率を示す指標
データセンターの運営事業者が注視する指標に、電力使用効率（PUE）がある。施設全体の消費電力を、コンピューター機器に供給される電力で割った値だ。理論上、PUEが1.0なら、すべての電力がサーバーに使われ、冷却やその他の設備には電力が使われないことを意味する。中国の国家政策は、新設データセンターのPUEを2025年末までに1.25未満とするよう求めている。この水中施設は1.15以下を設計目標とする。高度な冷却・エネルギー管理を採用する陸上施設の最高水準に並び、現在も1.4を超える多くの旧式施設を大きく下回る。
冷却とエネルギー消費
海水は熱容量が大きく、温度も安定しているため、廃熱を取り除く効率的な媒体となる。臨港の設計では、サーバー室に取り付けた熱交換器に海水を流し、熱を吸収した水を周囲の海中に拡散させる。この方式なら、陸上施設で使う大型ファンや冷凍機、蒸発冷却を避けられる。ポッドは密閉され、温度も一定に保たれるため、電子機器はほこりや湿度変化、人や設備による振動にもさらされにくい。こうした環境は機器の寿命を延ばし、故障率を下げる可能性がある。他社による過去の水中実証実験でも、同様の結果が報告されている。
中国が今、取り組む理由
人工知能（AI）、動画、電子商取引、コネクテッド産業の拡大を背景に、コンピューティング需要は急速に高まっている。最新のAIモデルの学習と運用には、電力を大量に消費し、強い熱を発するグラフィックス・プロセッサーやテンソル・プロセッサーを高密度に集積したクラスターが必要だ。一方、自治体は土地、水、排出量に関する制限の強化に直面している。データセンターを沖合に置けば、これらの制約への対応に役立つ。開発事業者によると、東シナ海には豊富な風力資源があり、年間利用時間は3,000時間を超える。海底は冷却に適した自然な温度安定性を備えている。
上海市の計画は、今 दशक半ばまでにスマートコンピューティング能力と産業生産額を大きく伸ばすことを掲げ、2027年までに計算能力を200エクサFLOPSに拡大し、インテリジェント・クラウド産業の規模を数千億元にする目標を示している。データが発生する場所の近くに処理能力を整備し、近隣の再生可能エネルギーを活用すれば、沿岸部の利用者に向けた送電損失や遅延を減らせる。また、処理の一部を中国西部の大規模施設に振り向ける国家戦略を補完する。水中施設は土地の占有と淡水の使用をほぼゼロに抑え、大規模な陸上施設を新設する場合と比べて地域環境への負荷を軽減する。
開発事業者は規模拡大も視野に入れている。HiCloudは、上海電力集団、中国電信上海支社、INESA、中国交通建設第三航務工程局などのパートナーと、洋上風力発電で稼働する出力500メガワットの水中クラスターを目指すことで合意した。この目標が実現すれば、実証段階から脱し、国内のコンピューティング能力を拡大するための一般的な選択肢となる可能性がある。
環境と海洋への影響
海に熱を放出するプロジェクトでは、熱プルームの管理が欠かせない。水温が上がると溶存酸素量が減り、とりわけ夏季や海洋熱波の際には海洋生物に負荷がかかる。開発事業者は、これまでの実証設備の試験で周辺海域の水温上昇は1度未満だったとしているが、設備の拡大に伴い継続的な監視が不可欠となる。拡散器の設計、影響を受けやすい時期に流量を抑える自動制御、脆弱な生息地を避けた慎重な設置場所の選定などが、影響を抑える手段となる。
熱以外にも、騒音、電力・データケーブル周辺の電磁界、建設や保守作業による海底生態系への影響を考慮する必要がある。ポッド外側の生物付着を防ぐ方法では有毒塗料を避け、腐食対策によって周辺海水を汚染しない設計が求められる。規制当局は、詳細な環境影響評価や事前調査に加え、施設周辺の水温、騒音、海洋生物に関する継続的な情報公開を求める可能性が高い。厳格な監督のもとで実施されれば、海水冷却による省エネ・節水効果と地域環境の保護を両立できる。
安全性、耐障害性、保守
サーバーを海底に移すことで、新たな脅威への対応が必要になる。ケーブルやポッドは、船のいかり、トロール漁具、嵐、意図的な妨害などの危険にさらされる。立入制限区域の設定やケーブルの埋設・防護、ソナー監視、施設周辺の異常な活動を検知する警報システムなどで、一部のリスクを軽減できる。研究者はまた、まれなケースとして音響による干渉が精密機器に影響を与える可能性を指摘しており、設計・運用では音響監視と堅牢な遮蔽が重要になる。
海洋環境は信頼性の向上にもつながり得る。ポッドは密閉され、ほこりがなく、温度と湿度が安定しているためだ。腐食や機械的な負荷が減り、海外で行われた過去の実証実験では、一般的な陸上データセンターよりも機器の故障率が大幅に低かった。環境が安定すれば、電力分配設備やストレージ、相互接続機器を厳密な許容範囲内で運用しやすくなる。高性能ネットワークを必要とするAI学習クラスターでは、特に重要な点だ。
保守の方法も変わる。技術者が水中施設に入って部品を交換することはできないため、システムはモジュール式でなければならない。ラックや電源ユニットが故障した場合、運営事業者はポッド全体を交換するか、計画した保守期間中に水上へ引き上げた密閉モジュールを取り外す。海洋生物の付着、腐食、シールの劣化によって点検頻度が決まる。迅速な回収・再設置ができる設計にし、接続部を明確化して部品を標準化できるかどうかが、優れた構想を実用的で耐障害性の高いサービスにできるかを左右する。
経済性と規模拡大
初期投資は大きい。数億ドル規模の建設費には、海底のサーバー室、海洋工事、特殊な電力・冷却設備、洋上風力発電所との連携が含まれる。それでも、PUEを1.15前後に保ち、地元のタービンから直接電力を調達できれば、運用コストには魅力がある。現代のデータセンターで最大の費用項目は電力だ。PUEが低ければ、電力のより多くを設備の諸経費ではなくコンピューティングに充てられる。土地や水が乏しい都市では、不動産、冷却塔、水利権にかかる費用を避けられることにも意味がある。
沖合での作業には追加コストも伴う。天候による遅延は、費用と不確実性を高める。保険、船舶、専門作業員も価格を押し上げる。ただし、経験の蓄積や標準化により、一部の費用は低下する。中国の洋上風力発電のサプライチェーンは成熟しており、価格や工期の面で追い風となる可能性がある。臨港の施設が信頼性と保守のしやすさを証明できれば、追加設備の建設採算も改善する。大手通信事業者やエネルギー企業との連携も、有料顧客でラックを埋め、プロジェクトを電力網の計画に合わせる助けとなる。
過去の試みとの比較
水中データセンターは新しい発想ではない。10年前、マイクロソフトの「Project Natick」は太平洋岸沖で密閉型の鋼鉄カプセルを試験し、その後、オークニー諸島沖に長さ12メートルのサーバー864台を搭載した設備を設置した。同社は、安定した環境や窒素を充填した内部空間が寄与した可能性があるとして、機器の故障率が非常に低かったと報告した。2024年に研究プログラムを終了し、この構想を商用化しないと表明した。上海の取り組みは別の方向を進む。洋上風力発電所と一体化し、より低いPUEを目指すとともに、都市・国家レベルのコンピューティング能力拡大計画に組み込まれている。
海水冷却や水中設置の構想は、他の企業や国も研究している。スタートアップは沿岸近くに置く小型の海底モジュールを提案し、韓国、日本、シンガポールの研究機関も海洋冷却や立地を検討してきた。陸上では、温水液冷、地域エネルギー網への排熱利用、消費電力を抑える新しいチップ設計によって、運営事業者が高効率化を進めている。海洋型の方式が有望とされるには、費用とリスクをすべて考慮したうえで、陸上の最先端設備を上回る利点を示す必要がある。
今後の注目点
上海近海の実証段階では、PUE、信頼性、海上での保守手順に関する具体的なデータが得られる。エネルギー収支と環境性能について第三者が監査することは、社会の信頼を得るうえで重要だ。排水口周辺の水温変化や騒音を監視し、海洋生物の観察結果を公表すれば、大規模展開が地域の生態系と両立するかを判断できる。規制当局は、こうした情報開示を許認可や更新の条件にできる。
今後の展開を左右する節目は二つある。第一は出力を2.3メガワットから計画中の24メガワットへ引き上げることで、設置と保守を円滑に拡大できるかが試される。第二は、開発事業者とパートナーが表明した500メガワット構想の進捗だ。実現には、より広い設置範囲、タービンの増設、強化した送電網への接続が必要になる。ポッド設計の標準化、明確な保守手順、モジュールを迅速に供給できるサプライチェーンも欠かせない。上海でこの方式が機能すれば、洋上風力が豊富で土地の制約が厳しい沿岸地域でも導入が進む可能性がある。
要点
- HiCloudは上海沖の海底データセンターを稼働させた。出力2.3メガワットの実証設備から始まり、24メガワットまで拡張する計画だ。
- 施設の電力の95％超を洋上風力発電で賄い、冷却には海水を使う。
- 運営事業者はPUEを1.15以下とすることを目指す。中国が新設データセンターに求める2025年末までの指針値1.25を上回る効率だ。
- 設計者は、同等の陸上施設に比べ総電力消費を約22.8％削減し、冷却エネルギーを総消費量の10％未満にできると見積もる。
- 事業費は約2億2,600万ドル。初期設備は耐圧ポッド内に198ラックを収容できる。
- 中国では海南島沖で過去に実証実験が行われ、水深約35メートルに設置した各ポッドに400～500台のサーバーを収容し、海底ケーブルで陸上と接続した。
- 土地の占有を90％以上減らし、冷却用の淡水を使わない利点がある。
- HiCloudとパートナーは、洋上風力発電で稼働する出力500メガワットの水中クラスターを建設する構想を発表した。
- 環境面では、熱の放出、騒音、ケーブルが海洋生物に与える影響、とりわけ水温の高い時期の影響が監視の焦点となる。
- 海外の過去の水中実証実験では機器の故障率が低かったと報告されているが、海上での大規模運用には保守、安全性、コスト面の課題が残る。
