データセンターはなぜ電力を食うのか。AI時代に顕在化する「熱」とインフラ制約

今回のニュースのポイント電力消費の本質は「計算」ではなく「熱処理」：データセンターはサーバ稼働だけでなく、発生する膨大な熱を冷却するために大量の電力を消費しており、冷却が電力需要の大きな割合を占めています。AIの普及で消費電力は「別次元」へ：GPUを中心としたAI処理は従来の負荷を大きく上回り、データセンターは常時フル稼働の状態となるため、電力需要が急増しています。制約は「土地・電力・水」へ拡大：大規模な電力供給や用地に加え、冷却水の確保といったインフラ制約が顕在化しており、立地や構造そのものが変化しつつあります。 生成AIの普及により、データセンターの電力消費が急速に拡大しています。検索や動画、AIサービスなどの裏側では膨大な計算処理が行われていますが、その電力需要は単なるIT機器の増加では説明しきれない水準に達しています。国際エネルギー機関（IEA）などの推計によれば、データセンターの電力消費は2022年の約460TWhから2026年には1,000TWh超へ倍増する可能性が指摘されており、AIがその最大の成長ドライバーになるとみられています。 データセンターの電力消費の内訳を見ると、サーバやGPUによる「計算」以外に、見落とされがちなのが「冷却」と「電源ロス」です。電力効率を示す指標PUE（Power Usage Effectiveness）の世界平均は約1.5前後であり、これはIT機器が全体の約3分の2を消費し、残りの3分の1が冷却や変電などのインフラで消費されていることを意味します。特に冷却は、ケースによってはデータセンター全体の電力の約3～5割を占める最大の電力消費要因となっています。 この構造に大きな変化をもたらしたのがAIの普及です。従来のCPU中心の構成から、消費電力と発熱の大きいGPU中心へとシフトしたことで、1ラックあたりの電力・発熱密度が急上昇しました。AI処理は並列計算を前提として数万台規模のサーバが同時に稼働するため、データセンターは常時高負荷で稼働する「止められない設備」となり、電力消費が一段と増加しています。 データセンターの電力問題の本質は、実は計算ではなく「熱」にあります。電子機器が消費した電力は最終的にほぼすべて熱エネルギーへ変換されますが、この熱を適切に排出できなければ機器の故障に直結します。そのため、AI向けの高密度ラックでは従来の空冷方式では対応が難しくなり、プロセッサ直上に冷却液を循環させる「ダイレクト液冷」や、ラック全体を液体に沈める「浸漬冷却」といった新たな冷却方式の導入が不可欠になっています。 こうした構造的な変化は、データセンターの立地にも影響を及ぼしています。大規模な施設では中堅都市に匹敵する電力を消費するため、既存の送電網では対応しきれないケースが増えています。また、冷却に必要な大量の水資源確保が地域の環境規制や住民との調整事項となるなど、データセンターは電力・土地・水というインフラ全体に影響を与える存在へと変質しています。 この制約を背景に、データセンターのあり方も多様化しつつあります。再生可能エネルギーの発電所近くに設置して送電ロスを抑える動きや、自然の冷気を活用できる寒冷地、さらには冷却効率の高い海上・海中への展開が模索されています。今後のAI競争は、単なるチップ性能やモデルの規模だけでなく、エネルギーと冷却インフラをいかに効率的に確保し、制御できるかという「総合戦」の様相を強めていくとみられます。（編集担当：エコノミックニュース編集部／Editorial Desk: Economic News Japan）

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