データセンターの未来をデジタル技術で設計

シミュレーションの先駆者Michael Wetter氏との対話

データセンターがAI、クラウドサービス、高密度コンピューティングを主な原動力として前例のない速度で拡大する中、業界はエネルギー需要、冷却戦略、そしてほぼ完璧な稼働時間の必要性において新たなレベルの複雑性に直面しています。この課題を理解している人物として、ローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）のモデルベースシステム工学の第一人者であり、米国エネルギー省、カリフォルニア州エネルギー委員会、米国国防総省の資金提供を受けて開発された広く利用されているModelica Buildings Libraryの主要設計者の一人であるMichael Wetter博士に勝る者はほとんどいないでしょう。

モデロンはWetter博士と対談し、現代のシミュレーション技術がデータセンターの革新をどのように再構築しているか、新たな技術がもたらす新たなエンジニアリング課題、そして業界が成長を加速させるために必要な要素について議論しました。

なぜ今、シミュレーションがこれまで以上に重要なのか

Wetter博士によれば、モデリングとシミュレーションはデータセンターの所有者、設計者、運用者にとって不可欠なツールとなっています。電力と水の使用量が急増し、運用信頼性への圧力が高まる中、シミュレーションは物理世界では実現できないものを提供します。すなわち、システムが構築される前や障害が発生する前に、安全で再現性のある環境で性能を検証できます。

「Modelica Buildings Libraryのようなツールを活用すれば、チームは冷却プラントやエネルギーシステムをモデル化し、設備設置前に設計判断のリスクを低減できます。システム稼働後は、そのモデルをデジタルツインとして運用最適化のための調整や、異常事態への事前適応に活用できるのです」とウェッター博士は説明します。

例えば熱波は冷却電力需要を急増させます。シミュレーションにより、運用担当者は事象発生前に電力使用量や水消費量への影響を予測し、運用戦略を調整できます。これにより信頼性が向上し、不要なコストやリスクが削減されます。

リスク低減設計と信頼性向上

稼働時間はあらゆるデータセンターにおける決定的なKPIです。冷却システムのわずかな故障でさえ、運用担当者にIT機器の稼働制限や停止を強いることになり、これは極めて高額な費用と評判の失墜を招く結果となります。

ウェッター博士は、シミュレーションが制御シーケンス、緊急対応、新たな運用戦略をオフラインでテスト可能にすることで、こうした結果を回避できると指摘します。「コストが高すぎるため、稼働中のデータセンターで故障モードや極限状態をテストすることはできません。しかしシミュレーションではテスト可能です」とWetter博士は説明します。

機械システムと制御ロジックを一体としてモデル化することで、チームは以下の評価が可能となります。

• 停電または系統制限への対応
• IT負荷急増がエネルギーシステムに及ぼす影響
• 異常気象事象
• 設備の段階的投入とシーケンス制御
• 需要柔軟性などの系統連携戦略

The Modelica Buildings Library, （LBNLが維持管理し、Modelonが貢献・支援）は、これらの解析を支える物理ベースモデルを提供します。

新たなデータセンター技術はモデリング上の新たな課題を提起

業界のコンセンサスは明確です：今後10年間のデータセンター開発は、液体冷却への移行とエネルギーシステムの統合によって特徴づけられるだろう。

「液体冷却は比較的新しい技術であり、コールドプレート、液浸冷却、ハイブリッドシステムなど多様な形態が存在します。その動的挙動や機械設備との統合についてはまだ十分に理解されておらず、効率的な冷却供給の新たな機会を提供しています。ここでモデリングがコスト削減と信頼性向上に大きく貢献できるのです」とWetter氏は述べます。

シミュレーションにより、過剰設計や稼働時間の犠牲を伴わずに、これらの先進冷却ソリューションを迅速に導入できます。Buildings Libraryは、コンポーネントの物理特性を表現するための堅牢な基盤を提供し、特定の冷却技術向けにモデルをカスタマイズ・拡張する柔軟性を備えています。高度なチップレベルの熱伝達においては、ModelicaをFMIを用いて有限要素ツールと共同シミュレーションすることも可能であり、エンジニアに真のマルチスケール視点を提供します。

包括的かつ統合的なシステム設計への転換

Wetter氏が指摘する最大の課題は技術的ではなく文化的である：データセンターは依然として、サイロ化されたエンジニアリングワークフローによって設計されています。機械エンジニア、電気エンジニア、制御チーム、ITシステム設計者は、しばしば各自のサブシステムを独立して最適化し、統合改善の機会を未開拓のままにしています。

彼は解決策は自動車産業や半導体産業で既に実証済みの手法を採用することにあると主張します。「プラットフォームベース設計とモデルベースシステムズエンジニアリングにより、チップ冷却から中央プラント設計に至る垂直分野を、単一の性能主導型ワークフローに統合できます」

この移行により、以下のことが可能となります。

• より早期かつ情報に基づいた設計決定
• 仮想プロトタイプを用いた迅速な反復開発
• コンポーネント要件の明確な仕様定義
• 設計から導入までの継続的な検証
• より費用対効果が高く、拡張性のあるエネルギーシステム

弊社は専門的なエンジニアリング指導、エネルギー・熱システム向け専用ソフトウェア、パートナー企業と共同開発した実績あるライブラリ、クラウドベースのコラボレーションとワークフローにより、この変革を支援します。

シミュレーション導入の障壁を低減

会話の中で、Wetter氏はシミュレーション技術の業界全体での普及を妨げる二つの主要な障壁を指摘しました。

1. 訓練を受けたモデリング専門家の不足
2. 拡張可能なワークフローとドメインサポートへのアクセス制限

彼は、モデロンのような企業が市場における能力構築を支援する大きな機会があると見ています。「モデロンは業界の育成と企業の技術習得を支援する上で重要な役割を担っています。これはこれらの技術の活用を拡大するために不可欠です。」

市場が加速し、データセンターがますますミッションクリティカルなインフラとなるにつれ、訓練を受けたモデラーとアクセス可能なモデリングワークフローへの需要は急速に高まるでしょう。

展望：モデル駆動型システムとしてのデータセンター

Wetter氏は、今後5～10年で最も期待していることについて問われると、モデルがデータセンターの設計・構築・運用の中核となる未来を構想している。「モデルがシステムの正式な仕様書となり、概念設計から導入まで活用され、運用中も継続的に更新されることを期待しています。これにより信頼性、拡張性、コストが変革されるでしょう」

このビジョンは、ModelicaやFMIといったオープンスタンダードへの取り組みや、データセンターエコシステム全体でのシミュレーション主導型エンジニアリング実践の実現を目指すModelonの姿勢と完全に一致しています。

変革の準備が整った業界における意識啓発

おそらく会話の中で最も印象的だったのは、シミュレーションがもたらす膨大な価値にもかかわらず、データセンター業界における認知度が依然として低いという点です。

主要なデータセンターイベントにおいて、Wetter氏は高度なシミュレーションの威力と利用可能性を認識している専門家が極めて少ないことを発見しました。「これらのツールを前面に押し出す大きな機会があります。業界はそれらを必要としていますが、まだそのことに気づいていないだけです」

LBNL（ローレンス・バークレー国立研究所）などの研究者との連携や業界パートナーの支援により、認知度と利用可能性は急速に高まっており、モデロンがその先頭に立っています。

パートナーシップで次なる未来を創造する

データセンターはデジタル世界の基盤です。急成長の時代にその性能と信頼性を確保するには、物理ベースのシミュレーションとオープンスタンダードのモデリングが唯一提供できる高度なエンジニアリング技術が必要です。

これらは以下を実現します

・より迅速で確信に満ちた設計判断

・優れたエネルギー効率とコストパフォーマンス

・現代冷却技術の安全な導入

・負荷下での高い稼働率と信頼性

Michael Wetter氏のようなリーダーや、Modelon Impactの「The Buildings Library」のような技術を通じて、より効率的で知的なデータセンター設計への道筋が明確になりつつあります。

Modelonがデータセンター設計と最適化を支援する方法

弊社は、お客様が自信を持って前進するお手伝いをいたします。システムシミュレーションを初めて導入される場合でも、グローバルな設計プログラム全体に拡大する場合でも、私たちとそのシステムレベルソフトウェアプラットフォーム「Modelon Impact」は以下を提供します

🔹 データセンター分野の専門知識
🔹 専用設計のシミュレーションツール
🔹 実践的なトレーニングと導入支援
🔹 品質保証と長期サポート

確かな未来を見据え、スピードと持続可能性を備えたデータセンター構築のため、モデロンの専門家と連携しましょう。