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  7. 株式会社国際電気通信基礎技術研究所(ATR)様

けいはんなデータセンターにおける新世代のエネルギー制御システム

エネルギー管理制御(DEMS)でデータセンター全体の消費電力を最適化

株式会社国際電気通信基礎技術研究所(ATR)様 導入事例


2013年10月1日、けいはんなデータセンターが株式会社国際電気通信基礎技術研究所(ATR)内に構築された。同データセンターは、環境省の「平成25年度CO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業」として実施されている。同センターでは、DEMS(データセンターエネルギー管理制御システム)とVM(仮想化技術)との連携を図った新しい技術開発を進めている。特に「電源制御装置」においては、富士通のPCサーバ「FUJITSU Server PRIMERGY RX200 S7」を採用してHVDC 12V方式の高電圧直流給電によって電源変換効率を上げるとともに、TCO削減を実現している。

[ 2014年4月15日掲載 ]

【課題と効果】
1 電源設備など莫大なコスト源となる設備を見直したい 12V直流給電方式で交流⇔直流の変換効率70~80%が90%まで向上
2 個別のサーバごとに電圧変換のための電源モジュールが必要 給電(HVDC)の高効率集中電源と直流給電対応サーバとの組み合わせでTCOを削減
3 高温廃熱利用などデータセンターの新たな運用スタイルを確立したい 40℃以上の高温環境に対応が可能

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導入の背景

データセンターの抜本的低炭素化とオフィス等への廃熱利活用で
システム全体でのエネルギー効率化を目指す

環境省の実証事業としてスタートしたけいはんなデータセンターは、環境省の「平成25年度CO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業」として、2013年7月15日から実証実験を開始している(表参照)。

けいはんなデータセンター実証事業の概要
名称 けいはんなデータセンター
所在地 ATR 京都府相楽郡精華町光台二丁目2番地2
(けいはんな学研都市)
事業概要 実証事業名 環境省 平成25年度CO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業
テーマ データセンターの抜本的低炭素化とオフィス等への廃熱利活用に関する共同技術開発
実施開始時期 2013年7月15日から(3年間の事業計画提案)
目的 業界連携と標準化活動等による普及促進
熱の有効活用や効率化
取り組みと意義 取り組み1
(技術)
ICT機器:仮想化によるタスクの片寄せ・サーバの集約など
空調:空調システムの省エネ化など
電源:高圧直流電源など
取り組み2
(国家プロジェクト)
全体最適化(総電力最小化)を進めるため、一部の企業が囲い込むのではなく、業種の垣根を超えて一体で取り組む
実施体制 技術開発代表者 NTTデータ先端技術(株) 低損失電源システムの開発
共同実施者 高砂熱学工業(株) 空調システムと廃熱利用技術の開発
大阪大学 統合マネージメント技術、ICT機器の最適タスク配置技術の開発
(株)国際電気通信基礎技術研究所(ATR) ICTシステムの開発、および、統合マネージメント技術、統合最適化技術の開発
協力企業 富士通(株) サーバ技術
Schneider Electric DCIMシステム技術

運営体制は、NTTデータ先端技術、大阪大学、高砂熱学工業、ATRを中心に、協賛企業として富士通、Schneider Electricが参画。この中で富士通は、PCサーバ「FUJITSU Server PRIMERGY RX200 S7」とファンレスサーバなどを同センターに提供している。

大阪大学サイバーメディアセンター 松岡 茂登教授の写真

同事業のテーマは「データセンターの抜本的低炭素化とオフィス等への廃熱利活用に関する共同技術開発」である。特に「廃熱利活用」に重点を置き、これによってさらに抜本的にCO2排出を削減することを目的としている。「廃熱利活用」の効率を高めるにはできるだけ廃熱温度を上げる必要があり、このために高温環境でも安定動作する「高温環境対応サーバ」が必要となる。

またもう1つの目的は、1社による囲い込み事業ではなく、業界連携での推進である。「現在のデータセンターは、囲い込み中心の垂直統合型のシステム構成が主であるが、データセンター自体は複数の機器等のコンビネーションによって構築されたシステムであるため、例えばサーバなどのICT機器だけ、あるいは空調部分だけを電力削減しても、全体の消費エネルギー(電力)の最適化は得られない。これらを解決するために、同センターでは、空調やサーバ、データセンター事業の専門家など、すべてのレイヤーあるいはパーツごとの専門家を集めて、システム全体での効率化を目指している」(松岡教授)

総消費電力削減のマイルストーン

導入のポイント

データセンター管理システム「DEMS」における
「電源制御装置」の1つとしてHVDC 12V方式を採用

通常、ICT機器を仮想化して稼働の片寄せ(稼働を集約)をすると、一見ICT機器的にみると電力は下がったように見えるが、熱的にはホットスポットと冷却部分ができてしまう。そのため、空調がホットスポット部分の温度を下げるために必要以上の電力を使ってしまう。このようなことから、ICT機器と空調の全電力を足し算して全体的に最小化する必要がある。これを「DEMS-VM連係制御」と同センターでは呼んでいる。すでに各ベンダーが開発している仮想化(VM)システムに加えて、エネルギーという観点でもう1つのシステム「DEMS」(Data Center Energy Management System)を作り、両者を連係してエネルギー制御するのである。このDEMSは「クラウド制御装置」「空調制御装置」「電源制御装置」など3つの個別制御装置の司令塔となる。

同センターにおける実際の技術要素は、(1)ICTシステム:PRIMERGY RX200 S7高温環境対応モデルを採用し廃熱集中させるため稼働の片寄せを実現、(2)空調システム:「壁かけ吹き出し方式」による低送風動力均一制御と個別ラックファンとの協調制御の実現、(3)低損失電源システム:HVDC 12V(高電圧直流電源装置)の導入と連係制御で電源ロス(損失)の削減、(4)廃熱の利活用:左側の「コールドアイル」(20℃~25℃)、真ん中の「ホットアイル」(35℃)、右側の「スーパーホットアイル」(40℃~50℃)と3つのアイル(通路)で段階的に上げられた高温廃熱回収をして湿度調整に利活用、(5) 統合マネージメント:コンピュータによるリアルタイムで前出の(1)~(4)を統合管理してデータセンター全体を最適化し総電力を最小化となる。

システム概要と導入効果

154台の「 PRIMERGY RX200 S7高温環境対応モデルと直流給電ユニット」を導入。
90%までの電力利用効率を実現

同センターでは(3)「低損失電源システム」において、HDVC 12V(12Vの高電圧直流)給電方式を採用し電源効率の削減の効果を挙げている。

HVDC 12Vとは、NTTデータ先端技術が開発したもので、データセンターのサーバラック(サーバの格納棚)に、サーバやストレージの動作電圧である12Vの直流を給電し、効率よく動作させる方式で、そのメリットは、(1)電力の変換回数(交流⇔直流)の削減などによって20%程度の省エネが実現可能、(2)停電時などに切り替えのない高信頼性のあるバッテリー接続の実現、(3)感電・地絡対策によって安全性を確保、(4)再生可能エネルギー(太陽光発電など)と親和性がよい、(5)低コスト、などが挙げられる。

これまでAC(交流)で動いていたサーバ374台は、2013年12月18日からそのうちの154台をHVDC 12Vに切り替えている。NTTデータ先端技術開発のXECHNO Power HVDC電源装置に富士通のPCサーバ「 PRIMERGY RX200 S7」が接続されている。HVDCは、「HVDC システム」と「サーバラックシステム」の2つのシステムで構成され、具体的には、高圧交流を直流変換部(AC/DC:交流⇔直流)で高圧のDC340Vに変換され、集中電源部でDC340VからDC12Vに降圧され、DC12Vサーバラックへ送電される。従来の交流の給電方式では3回程度の交流⇔直流変換(AD/DC)であるのを、HVDC 12V方式では1回の交流⇔直流変換で済むため、従来の交流給電システムが70~80%の利用効率(熱変換効率)であったのに対して、10~20%程度電力量を削減でき、90%まで電力の利用効率を向上させることができている。

これにより、「AC時代にはサーバ効率が10%落ちていたものが、同HVDC にした結果、5%効率がアップした」(松岡教授)

また、今回の実証事業でHVDC 12Vを採用し同サーバを選択した理由は、「340~380Vの直流を直接サーバに導入したほうが、サーバ直前までの電流が小さくなり、迷走電流や電圧変動に対する許容値が広くなるため技術的には優れた点が多いが、一方で、安全性の確保や高圧電流使用時に問題となるアーク放電対策などにコストがかかること、個別のサーバごとに電圧変換のための電源モジュールが必要なことから、同方式・同製品を採用した」(松岡教授)

今後の展望

2013年度は30%の消費電力量を削減
2015年度は70%の削減を目指す

同データセンターでは、エネルギー連携によって、最終的には総消費電力を70%削減することを目標としている。

「2015年度消費電力70%削減の目標達成に向けて、まず2014年3月末で30%の消費電力の削減を目指しており、HVDC 12V方式と壁掛け吹き出し方式の空調システムなどの利用により、ほぼ実現できる見込みである。さらに2014年度には40%を削減、最終の2015年度に統合して運用し、データセンター全体の消費電力の最適化を図っていく」(松岡教授)

「けいはんなデータセンターに導入されたPRIMERGY RX200 S7」は最新の省電力技術を備えた2WAYラックマウント型サーバ。550W高効率パススルーユニット、高温(40℃)環境対応などで給電効率。省電力化を実現する。「富士通が開発したDC12Vパススルーユニット」はラックから給電される12V直流タイプの電力をPRIMERGY内に効率よく取り込むために開発された専用電源ユニット。

【株式会社国際電気通信基礎技術研究所(ATR)様 プロフィール】 (2014年4月)
所在地 京都府相楽郡精華町光台二丁目2番地2
(けいはんな学研都市)
設立 1986年3月
社員数 206名(2013年4月)
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【ご紹介した製品・サービス】

【導入事例(PDF版)】

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