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【ディープテック基礎知識⑯】デジタル化が進む未来を支えるインフラ「次世代データセンター」

【ディープテック基礎知識⑯】デジタル化が進む未来を支えるインフラ「次世代データセンター」

2024年12月12日
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急速なデジタル化が進む一方で、膨大なデータ量に対して従来のデータセンターでは対応が難しい場面が増えつつある現代。そのような中で、大きな期待を集めているのが「次世代データセンター」です。

従来のデータセンターが持つ課題を解決しつつ、効率的なエネルギー利用や高度なセキュリティ技術を導入した新たなインフラとして進化を遂げています。新規事業やオープンイノベーションに関わるビジネスパーソンなら知っておきたい【ディープテック基礎知識】の第16弾では、この次世代データセンターを取り上げます。

従来のデータセンターと比べ、どのようなメリットがあるのか、どのような分野で活用が見込まれているのか紹介するので参考にしてください。

次世代データセンターについて

まずは次世代データセンターがどのようなものなのか、その概要や重要性について見ていきましょう。

次世代データセンターとは

デジタル社会の基盤インフラとして注目を集める次世代データセンターは、従来型のデータセンターを進化させた革新的な施設です。高度な自動化技術やAIを活用した運用管理、再生可能エネルギーの積極的な導入、モジュール化された拡張性の高い設計など、最新のテクノロジーを結集させた特徴を持ちます。

特に注目すべき点は、エネルギー効率を最大限に高めるための様々な工夫です。液浸冷却や地中熱利用などの革新的な冷却技術、AIによる電力需要予測と最適化、そして太陽光や風力などのクリーンエネルギーの活用などが挙げられます。それらの工夫により、環境負荷を最小限に抑えながら安定したサービスを実現しているのです。

また、次世代データセンターの大きな特徴として、運用管理の自動化も見逃せません。センサーネットワークとIoT技術を駆使して設備の状態を常時監視し、予防保守を実現。人手を介さない効率的な運用により、コスト削減とサービス品質の向上を両立させています。

デジタルインフラとしての重要性

次世代データセンターは、現代社会のデジタルトランスフォーメーション（DX）を支える重要な基盤インフラとしての役割を担っています。企業のクラウド移行が加速する中、ビジネスの継続性を確保し、急増するデータ処理需要に対応するために、その重要性は年々高まっているのです。

特にポストコロナ時代において、リモートワークやデジタルサービスの利用が一般化したことで、データセンターへの依存度は格段に上昇しました。また、5G通信の本格展開やIoTデバイスの普及により、エッジコンピューティングの需要も拡大。次世代データセンターは、これらの新たな技術トレンドに対応できる柔軟性と拡張性を備えています。

さらに、国家の重要インフラとしても注目されており、経済安全保障の観点からも、国内における次世代データセンターの整備は急務と言えるでしょう。データの主権や安全性確保の観点から、地域分散型のデータセンター配置も進められています。

次世代データセンターのメリット

これまでのデータセンターに比べ、次世代データセンターにはどのようなメリットがあるのか見ていきましょう。

性能と信頼性の向上

次世代データセンターでは、高度な冗長化設計とAIを活用した予知保全により、従来以上の信頼性を実現しています。主要な設備は常時予備の装置をバックアップとして設置しておくことで、障害発生時でもサービスの継続性を確保。さらに、機械学習アルゴリズムによる異常検知システムにより、故障の予兆を早期に発見できます。それにより、計画的なメンテナンスを実施することで、ダウンタイムを最小限に抑制できるのです。

また、最新の高性能サーバーと大容量ネットワーク機器の導入により、処理能力も大幅に向上しました。特に、光インターコネクトや液冷システムの採用により、従来型と比較して単位面積あたりの処理能力を数倍に高めることに成功しています。これにより、AIやビッグデータ分析などの高負荷な処理にも余裕を持って対応できる環境を実現したのです。

効率化と省力化

次世代データセンターの運用管理では、ロボティクスとAIの活用により、大幅な省力化を実現しています。例えば、自律移動ロボットによるサーバールームの巡回点検や、リモート監視システムによる24時間365日の運転状態モニタリングにより、人手による作業を最小限に抑えることが可能です。

さらに、ソフトウェア定義型インフラ（SDI）の導入により、設備やリソースの構成変更をプログラマブルに実施できます。従来は数日を要していた構成変更作業が、わずか数分で完了できるようになり、運用効率が飛躍的に向上しました。また、デジタルツインを活用したシミュレーションにより、最適な設備配置や運用パラメータの決定も、効率的に行えるようになったのも大きな進化です。

コスト削減

次世代データセンターでは、様々な革新的技術の導入により、運用コストの大幅な削減を実現しています。特に電力消費量の削減に大きな成果を上げており、AI制御による空調の最適化や、外気冷房システムの活用により、従来型と比較して電力コストを30%以上削減することに成功しました。

また、モジュール化された設備設計により、初期投資の最適化も図れます。需要に応じて段階的に設備を増設できるため、過剰投資を抑制しながら、柔軟な容量拡張も可能です。さらに、予防保全による機器の長寿命化や、運用の自動化による人件費の削減なども、総所有コスト（TCO）の低減に貢献しています。

環境負荷の低減

環境への配慮は、次世代データセンターの最も重要な特徴の一つです。再生可能エネルギーの積極的な導入により、運用時のCO2排出量を大幅に削減できます。さらに、廃熱を地域暖房に利用するなど、エネルギーの有効活用も可能に。建物自体も環境に配慮した設計となっており、雨水利用システムや高効率な断熱材の採用により、環境負荷の低減を図っています。

また、使用する機器についても、リサイクル可能な材料の使用や、長寿命設計の採用により、廃棄物の削減に努めています。さらに、生物多様性への配慮として、施設周辺の緑地保全や、在来種を用いた緑化なども実施。環境マネジメントシステムの国際規格ISO14001の認証取得など、体系的な環境対策も進めています。

次世代データセンターが求められる背景

なぜ、次世代データが求められているのか、その時代背景も見ていきましょう。

データ量の爆発的な増加

現代社会において、デジタルデータの生成量は指数関数的に増加しています。SNSやストリーミングサービスの普及、IoTデバイスの増加により、2025年までに全世界のデータ量は175ゼタバイトに達すると予測されています。従来型のデータセンターでは、この膨大なデータ量の処理や保管に対応することが困難になりつつあり、より高密度で効率的なデータ処理が可能な次世代データセンターへの移行が急務となったのです。

特に、高精細な4K・8K映像コンテンツや、自動運転車から生成されるセンサーデータなど、大容量データの処理需要が急増しています。これらのデータを効率的に処理し、必要な時に必要な形で提供するためには、次世代データセンターによる革新的なソリューションが欠かせません。

クラウドコンピューティングの普及

企業のDX推進に伴い、クラウドサービスの利用が急速に拡大しています。SaaS、PaaS、IaaSなど、様々な形態のクラウドサービスが一般化し、企業の基幹システムまでもがクラウド化されてきました。このような状況下で、クラウドサービスの基盤となるデータセンターには、より高い可用性と柔軟性が求められるようになっています。

特に、マルチクラウド環境やハイブリッドクラウド環境の構築においては、異なるクラウドサービス間でのシームレスな連携が重要です。次世代データセンターは、高度なネットワーク技術と仮想化技術により、これらの要求にも効果的に対応できます。

環境問題への関心の高まり

地球温暖化対策への社会的要請が高まる中、データセンターの消費電力削減は重要な課題となっています。従来型のデータセンターは、その膨大な電力消費量から、環境負荷の観点で大きな課題を抱えていました。企業のESG投資の増加や、カーボンニュートラルへの取り組みが加速する中、環境に配慮した次世代データセンターへの移行は、社会的責任の観点からも重要性を増しています。

特に、欧州などでは環境規制の強化により、データセンターのグリーン化は急務です。再生可能エネルギーの活用や、エネルギー効率の向上は、もはや選択肢ではなく必須要件となっています。

デジタル化の加速

新型コロナウイルス感染症の世界的流行を契機に、社会全体のデジタル化が急速に進展しています。リモートワークの定着、オンライン教育の普及、電子商取引の拡大など、あらゆる分野でデジタルシフトが加速しました。この変化に伴い、安定的かつ高性能なデジタルインフラとしての次世代データセンターの重要性は、さらに高まっています。

また、5Gの商用化やメタバースの台頭により、低遅延で大容量のデータ処理が求められる新たなサービスも登場。これらの新技術やサービスを支えるためには、従来型のデータセンターでは性能面での限界があり、次世代データセンターへの移行が不可欠となっているのです。

次世代データセンターの活用が期待されている領域

次世代データセンターの恩恵は、全ての産業にもたらされる可能性が高いですが、その中でも特に影響の大きい領域を見ていきましょう。

人工知能（AI）分野

AI技術の発展に伴い、大規模な機械学習モデルの学習や推論処理には、膨大な計算リソースが必要となっています。次世代データセンターなら、GPUクラスタやTPUなどの専用プロセッサを効率的に冷却し、高密度で運用できる環境を提供可能です。特に、自然言語処理や画像認識などのディープラーニングモデルの開発においては、その処理能力と安定性が不可欠と言えるでしょう。

また、エッジAIとクラウドAIの連携においても、次世代データセンターは重要な役割を果たしています。エッジデバイスで収集されたデータの分析や、モデルの更新を効率的に行うためのインフラとして、その活用が期待されているのです。

ビッグデータ分析

企業活動から生成される膨大なデータを分析し、ビジネス価値を創出するビッグデータ分析では、大規模なデータ処理基盤が必要です。次世代データセンターは、リアルタイムデータ処理や大規模バッチ処理を効率的に実行できる環境を提供し、企業の意思決定支援や業務最適化に大きく貢献するでしょう。

特に、顧客行動分析やサプライチェーン最適化などの分野では、大量のセンサーデータやトランザクションデータをリアルタイムで処理する必要があります。そのためには次世代データセンターの高性能な処理能力が欠かせません。

メタバース

仮想空間上でのコミュニケーションや経済活動を実現するメタバースでは、3Dグラフィックスの描画や物理演算など、複雑な計算処理が必要です。次世代データセンターは、これらの処理を低遅延で実行し、多数のユーザーに快適な仮想体験を提供するための基盤となっています。

また、メタバース内でのデジタルアセットの管理やブロックチェーン技術との連携においても、高度なセキュリティと安定性を備えた次世代データセンターの活用が期待されています。

自動運転

自動運転技術の発展には、車両から収集される大量のセンサーデータの処理と、AIによるリアルタイムな判断処理が必要です。次世代データセンターは、これらの処理を高速かつ安定的に実行し、安全な自動運転システムの実現に貢献します。特に、V2X（Vehicle-to-Everything）通信における低遅延データ処理では、エッジデータセンターとの連携が重要な役割を果たすでしょう。

医療分野

医療分野では、遺伝子解析や医用画像診断など、高度な計算処理が必要なアプリケーションが増加しています。次世代データセンターは、これらの処理を安全かつ効率的に実行し、個人情報保護にも配慮した医療データの管理を可能にするでしょう。また、AI を活用した診断支援システムの運用や、遠隔医療サービスの提供においても、その高い信頼性と処理能力が活かされると期待されています。

次世代データセンターの問題点

これからの社会に欠かせないとされている次世代データセンターですが、その普及にはまだ多くの問題点が残っています。

初期投資・運用コストの高さ

次世代データセンターの構築には、従来型と比較して極めて高額な初期投資が必要です。特に、高効率な冷却システムや再生可能エネルギー設備、高度な自動化システムの導入には、多大な資金が欠かせません。また、専門性の高い運用管理スタッフの確保や、最新技術に対応するための継続的な設備更新なども、運用コストを押し上げる要因となっています。

さらに、地価の高騰や建設コストの上昇により、適地の確保も困難となるでしょう。特に都市部近郊では、電力供給や通信インフラが整備された場所での用地取得が極めて困難であり、これも投資コストを増大させる一因となっています。

技術の複雑化

次世代データセンターでは、従来の設備管理技術に加えて、AI・IoT・自動化技術など、多岐にわたる最新技術の理解が必要となります。これらの技術は急速に進化しており、運用スタッフの継続的なスキルアップが不可欠です。また、複数のシステムが相互に連携する複雑な構成となるため、障害発生時の原因特定や対応が従来以上に困難になるでしょう。

セキュリティリスク

高度に自動化された次世代データセンターでは、サイバーセキュリティの脅威が増大しています。特に、IoTデバイスや自動化システムの脆弱性を突いた攻撃や、内部からの不正アクセスなど、新たなセキュリティリスクへの対応が大きな課題です。また、仮想化環境の普及により、異なる顧客のワークロード間での情報漏洩リスクも高まっています。

環境への影響

次世代データセンターは、環境負荷の低減を目指していますが、依然として大きな電力消費を必要とします。再生可能エネルギーの導入を進めているものの、天候などの自然条件に左右される不安定さがあり、完全な脱炭素化には課題が残されています。また、冷却用の水資源の確保や、使用済み機器の廃棄物処理など、新たな環境課題も浮上してるのが現状です。

社会的な理解

次世代データセンターは、その重要性にもかかわらず、一般社会からの理解が十分とは言えない状況です。特に、施設建設時の近隣住民との合意形成や、環境影響に対する懸念への対応が課題となっています。また、データセンターが地域社会にもたらす経済効果や雇用創出効果についても、十分な認知が得られていない状況です。

海外の次世代データセンタープロジェクト

海外に目を向けると、既に多くの企業が次世代データセンターのプロジェクトを手掛けています。その一例を見ていきましょう。

Google

Googleは、次世代データセンターの開発において世界をリードする存在です。特に環境面での取り組みが注目を集めており、2030年までにカーボンフリーエネルギー100%での運用を目指しています。その代表的な取り組みとして、AIを活用した冷却システムで、DeepMind社の機械学習技術を導入することで、従来比40%もの冷却効率の向上を実現しました。

さらに、フィンランドのハミナデータセンターでは、海水による冷却システムを採用し、外気温を活用した省エネルギー運用を実現。また、使用済みの機器のリサイクル率99%を達成するなど、サーキュラーエコノミーの観点からも先進的な取り組みを展開しています。

Microsoft

Microsoftは、「Underwater Data Center」プロジェクトで注目を集めています。海底に設置する革新的なデータセンター「Project Natick」では、パイロットプロジェクトとして自然の海水を冷却に活用する取り組みを開始。また、再生可能エネルギーの活用と組み合わせることで、環境負荷の極小化を目指しています。

また、同社のアリゾナ州のデータセンターでは、水素燃料電池を用いた非常用電源システムの実証実験を行うなど、次世代エネルギー技術の開発にも積極的に取り組んでいます。

AtNorth

北欧を拠点とするAtNorthは、寒冷地の気候を活かした次世代データセンターの運営で注目を集めています。アイスランドとスウェーデンに展開する施設では、地熱エネルギーと水力発電を組み合わせた100%再生可能エネルギーでの運用を実現。外気温を活用した自然冷却システムにより、PUE（Power Usage Effectiveness）1.2未満という極めて高い効率性を達成しました。

特に、高性能コンピューティング（HPC）向けの特殊な冷却技術の開発では、業界をリードする存在となっています。液浸冷却技術の実用化にも早くから取り組み、エネルギー効率の向上に成功しています。

Singtel

シンガポールを代表する通信事業者Singtelは、東南アジアにおける次世代データセンター開発の先駆者です。同社のDC Excellenceプログラムでは、5G技術とエッジコンピューティングを統合した新しいデータセンターアーキテクチャを展開。特に、高温多湿な熱帯気候における効率的な冷却システムの開発で、独自の技術を確立しています。

また、シンガポール政府のグリーンプラン2030に呼応し、太陽光発電システムの導入や、AI制御による電力需要の最適化など、環境配慮型のデータセンター運営にも注力してきました。建物の設計段階から省エネルギーを考慮し、グリーンビルディング認証の最高ランクを取得するなど、包括的な環境戦略を展開しています。

国内の次世代データセンタープロジェクト

海外だけでなく、国内企業も次世代データセンターのプロジェクトに取り組んでいます。その一部を見ていきましょう。

NTTグループ

NTTグループは、IOWN（Innovative Optical and Wireless Network）構想の一環として、革新的な次世代データセンターの開発を推進しています。光技術を活用した低消費電力なネットワークアーキテクチャと、AIによる運用の自動化を組み合わせることで、従来比で電力消費量を100分の1に削減することを目指しています。

特筆すべきは、2030年に向けた「グリーンイノベーション」の取り組みです。全データセンターでの再生可能エネルギー100%利用を目標に掲げ、太陽光発電設備の設置や、地中熱利用システムの導入を進めています。また、寒冷地である北海道や東北地方でのデータセンター展開を積極的に進め、外気冷却による省エネルギー化も実現しました。

KDDI

KDDIは、「TELEHOUSE」ブランドで展開する次世代データセンターにおいて、高度なセキュリティと環境性能の両立を図っています。特に、東京都内に建設された最新のデータセンターでは、AI制御による空調システムの最適化や、モジュール型の高効率UPS（無停電電源装置）の導入により、PUE1.3以下という高い省エネルギー性能を実現。

さらに、災害対策の面でも先進的な取り組みを展開しています。また、5G時代を見据えた低遅延エッジコンピューティング基盤の整備も進めています。

富士通

富士通は、液浸冷却技術を核とした次世代データセンターの開発を推進しています。同社が開発した「Liquid Immersion Cooling System」は、サーバーを特殊な冷却液に直接浸漬することで、従来の空冷方式と比較して大幅な省エネルギーを実現。この技術により、高密度実装が可能となり、設置面積の削減にも成功しています。

また、同社は「Fujitsu Sustainable Data Center」構想のもと、再生可能エネルギーの活用やAIによる運用最適化など、包括的な環境戦略を展開。地域社会との共生を目指した取り組みも注目を集めています。

編集後記

デジタル化が進む現代社会において、「次世代データセンター」の重要性はますます高まっています。本記事では、その技術的進化や社会的役割、そして課題について掘り下げましたが、未来のデジタルインフラとしての可能性を改めて感じる内容でした。

次世代データセンターは、単なる技術革新の象徴ではなく、環境負荷軽減や経済安全保障の観点からも、私たちの生活やビジネスを支える基盤となる存在です。特に5GやAI、メタバースなどの最先端技術との親和性は、これからの産業構造を根本から変える可能性を秘めています。一方で、初期投資の高さや運用の複雑さといった課題も存在し、これらをどのように克服していくかが今後の鍵となるでしょう。

（TOMORUBA編集部　鈴木光平）