サーバー液冷システムの主要部品：コールドプレート、マニホールド、CDU、クイックディスコネクト

直接回答

サーバー液冷システムは、「一枚のコールドプレートに数本の水配管を接続したもの」ではありません。熱、流体、構造、シール、保守条件のもとで連携する部品群です。

代表的なダイレクト・トゥ・チップ液冷BOMは、次の六つに分けられます。

1. チップ吸熱部品：CPU、GPU、アクセラレーター用コールドプレート
2. サーバー内分配部品：内部マニホールド、分岐管、バルブブロック、継手座
3. 保守接続部品：ホース、金属配管、クイックディスコネクト、誤接続防止構造
4. ラック分配部品：ラック供給・戻りマニホールド、分岐接続
5. 循環・熱交換部品：CDU、ポンプ、熱交換器、フィルター、貯液構造
6. 監視・構造部品：温度、圧力、流量、漏液センサー、ブラケット、トレイ、筐体

調達と製造では、部品名称だけでなく、機能範囲、接続相手、流量・圧力条件、材料、清浄度、シール方式、検証責任を明確にする必要があります。

サーバーおよびラック液冷を構成するコールドプレート、マニホールド、バルブブロック、クイックコネクタ、配管、シール、構造支持部品。

1. 液冷BOMの範囲をどう定義するか

液冷システムは、設置場所によりサーバー、ラック、CDU、設備側に分けることも、機能により吸熱、分配、接続、監視、支持に分けることもできます。BOMには両方を記載することが有効です。

OCPの液冷統合文書では、コールドプレートアセンブリー、クイックコネクター、ホース、ブラケット、サーバー側漏液検知を一つの統合対象として扱っています。BOMにはコールドプレート本体だけでなく、接続部品と支持部品も含める必要があります。

2. CPU・GPU用コールドプレート

コールドプレートは高出力プロセッサーへ直接取り付けます。一般的には、熱接触ベース、内部流路または熱交換構造、上蓋、入口・出口ポート、シールまたは接合部、取付構造から構成されます。

必要な機能は次のとおりです。

• チップとの接触状態を安定させる
• 主要発熱領域へ冷却液を流す
• システムの圧力損失範囲を満たす
• 圧力と温度サイクルのもとで漏れを防ぐ
• バリや異物を液冷ループへ流出させない

OCP液冷コールドプレート要求仕様は、熱性能、圧力損失、耐圧、漏れ、材料、信頼性を一体で扱っています。コールドプレートは、加工部品だけでなく機能アセンブリーとして検証する必要があります。

3. サーバー内部マニホールド

サーバー内部マニホールドは、一組の供給・戻り接続から複数のCPU、GPU、アクセラレーター用コールドプレートへ冷却液を分配します。独立部品の場合も、バルブブロック、継手座、構造部品と一体化する場合もあります。

確認項目は次のとおりです。

• 分岐長さと流路抵抗が適切か
• 各コールドプレートの必要流量が同じか
• ポート方向が基板とホース配置に合っているか
• 交差穴、封止部、洗浄困難部がないか
• エア抜き、排液、漏れ試験が可能か
• 個別のコールドプレートやホースを交換できるか

ブロック型マニホールドはアルミ合金やステンレスで加工されることがあります。課題は外形ではなく、深穴、交差穴、封止、バルブ穴、ねじポート、バリ除去、内部洗浄です。

4. ラックマニホールド

ラックマニホールドは、CDUから複数のサーバーまたはコンピュートトレイへ冷却液を分配し、戻り液を回収します。

OCPラックマニホールドガイドラインでは、ラック負荷、分岐流量、クイック接続、漏れ、検証が扱われています。ラックマニホールドは、分岐数、流路長、高さ、保守頻度の点でサーバーマニホールドと異なります。

IIJの実設備解説では、ラックマニホールドがほぼラック全高に沿って配置され、側方にも追加スペースを必要とする場合があると説明されています。既設ラックでは、ラック幅・奥行きの拡大や拡張フレームが必要になることがあります。記事中の約42U、直径約50mmという値は全案件の固定寸法ではなく、機器例です。ただし、マニホールドの設置包絡と保守スペースをサーバー設計後に追加するのではなく、ラック計画の初期段階で評価すべきことを示しています。IIJ：データセンター冷却技術の最前線

サーバーとラックの接続は、実際のラック組立状態で確認する必要があります。単品の穴位置が公差内でも、接続時の横荷重や干渉がないとは限りません。満液重量、QD挿入力、輸送振動は配管ではなく支持構造で受ける必要があります。

5. クイックディスコネクト、ホース、金属配管

クイックディスコネクトは、冷却液の流出と空気混入を抑えながらサーバーを保守できるようにします。

重要な仕様は次のとおりです。

• 定格流量と圧力損失
• 使用圧力と耐圧
• 着脱寿命
• 切離し後の残液量
• ロックと誤脱防止
• 供給・戻りの誤接続防止
• シール材料と冷却液の適合性
• 接続方向と作業空間

OCPのブラインドメイト液体コネクター仕様では、低滴下または無滴下接続が重要なラックインターフェースとして扱われています。IIJは、ラックマニホールドの接続部でUQD（Universal Quick Disconnect）規格に基づくカプラーが一般的に使用され、迅速な着脱と切離し時の漏液低減に利用されると説明しています。IIJ：データセンター冷却技術の最前線

QD本体が規格品でも、システム信頼性はQD、継手座、取付板、マニホールド接続部の組み合わせで決まります。継手座の同軸度、端面位置、取付剛性、かん合深さにずれがあると、QD単品が合格していても、挿入力増加、バルブ開度不足、横荷重、残液増加が生じる可能性があります。

ホースは組立公差と保守動作を吸収し、金属配管は経路を安定させます。どちらも最小曲げ半径、支持位置、摩耗防止、継手への追加荷重を管理します。

6. CDU冷却液分配ユニット

CDUは技術側液冷ループと設備側冷却を接続します。単なる熱交換器ではなく、次の三つの機能群を担います。

1. 二つの液体ループを混合せずに熱だけを移す
2. 技術側冷却液の温度、流量、圧力を循環・制御する
3. ろ過、補液、エア抜き、警報、インターロックを含む異常監視を行う

「一次側」「二次側」の呼び方は、資料やメーカーによって統一されていません。サーバー側を一次側とする資料も、設備側を一次側とする資料もあります。図面、RFQ、試験仕様では、一次側・二次側だけに頼らず、technology side / server side（技術側・サーバー側） と facility side（設備側） を明記するのが安全です。EE Times JapanとAIインフラLabの説明にも、この用語差が見られます。EE Times Japan：CDUの仕組みと能力 AIインフラLab：CDU完全図解

代表的な構成は次のとおりです。

• プレート式などの熱交換器
• 循環ポンプ
• フィルター
• 制御バルブ、分配ブロック
• 膨張または貯液機能
• 温度、圧力、流量、液位センサー
• 補液、エア抜き、排液接続
• PLC、タッチパネル、遠隔監視、警報
• 筐体、フレーム、取付構造

EE Times Japanは、凹凸のある薄板を積層し、二つの流体を交互の流路へ通すガスケットプレート式熱交換器がCDUで多く採用されると説明しています。流体を分離したまま大きな伝熱面積を確保できるためです。AIインフラLabは、CDU内部を熱交換器、ポンプ、制御バルブ、センサー、制御システムの五つの機能ブロックに整理しています。この分解は製造性評価にも有効で、各ブロックで取付座、バルブブロック、ポート、シール面、保守空間、支持構造が異なります。

CDUの設置方式によってBOMの範囲も変わります。

OCP液対液CDU試験方法は、冷却能力、流量、圧力損失、制御、試験境界を扱っています。CDUは定格冷却能力だけでなく、ラック数、分岐抵抗、供給・戻り温度差、設備水条件、冗長方針に合わせる必要があります。

データセンターでは停止しないことが重要です。EE Times Japanは、代表的なCDU要件として、ポンプと電源のN+1冗長、ホットスワップ、結露防止制御、圧力・流量・漏液監視、履歴参照、タッチパネル、遠隔アクセスを挙げています。具体的な容量や交換時間は製品ごとに異なりますが、構造設計ではモジュール引出し空間、バイパス、隔離バルブ、交換経路、センサーへのアクセスを初期段階から確保する必要があります。

精密加工の対象になりやすいCDU部品は次のとおりです。

• バルブブロック、分配ブロック
• 継手座、センサー取付座
• ポンプ、熱交換器、フィルターの接続部品
• パネル、筐体、ブラケット、フレーム
• 気密、耐圧、表面処理が必要な耐圧部品

7. センサーと漏液検知

液冷システムでは温度、圧力、流量を監視し、サーバー、ラック、CDUの各階層で漏液を検知します。

NVIDIAのGB200/GB300関連文書では、ノードまたはトレイ内のコールドプレート・内部マニホールド漏液検知と、ラック内の漏液ロープおよび点式センサーが説明されています。漏液検知はCDU周辺だけでなく、想定漏れ箇所の近くに配置する必要があります。

センサー取付座には、ねじ、シール面、挿入深さ、流向、保守空間の管理が必要です。

8. ブラケット、トレイ、筐体、支持構造

液冷化により、コールドプレート、冷却液、配管、マニホールドの重量と組立制約が増えます。構造部品は直接熱交換しませんが、位置決めと保守性を左右します。

重要項目は次のとおりです。

• コールドプレート取付荷重の均一性
• ホース曲げ空間
• 満液時および輸送時のマニホールド支持
• QD挿入力を配管ではなく構造で受けること
• 漏液をセンサーまたは安全領域へ導くこと
• コールドプレート、ホース、サーバー、マニホールドを個別交換できること

構造部品のCTQには、取付穴位置、基準、直角度、平行度、パネル開口、ブラケット剛性、防食表面処理があります。

9. 精密加工に適した液冷部品

ポンプ、QD、ホース、センサーは専門メーカーの購入品が一般的です。精密加工企業は、コールドプレート、マニホールド、バルブブロック、継手座、構造部品を製造し、洗浄、漏れ試験、寸法検証を支援する役割に適しています。

10. インターフェースと材料適合性

単品が合格しても、アセンブリーが信頼できるとは限りません。高リスク部位は主に接続部です。

接液金属、ろう材や溶接材、シール、ホース、冷却液添加剤を組み合わせて適合性を確認します。コールドプレート本体材料だけを確認しても不十分です。

IIJは、技術側ループで約25%のプロピレングリコール水溶液であるPG25などが使われ、設備側では管理された水が使われる例を紹介しています。この濃度は全案件の固定条件ではありませんが、実際の冷却液組成に基づいて粘度、比熱、防食性、シール適合性、ポンプ圧力損失を計算し、水とグリコール水溶液を同一の流体として扱わないことが重要です。IIJ：データセンター冷却技術の最前線

設備側の水質管理も必要です。電気伝導率、pH、硬度、塩化物、粒子、微生物状態は、熱交換器、バルブ、配管、シールの寿命に影響します。RFQでは、技術側と設備側それぞれの流体、濃度、水質条件、保守方法を明記し、供給者によって逆に解釈される可能性がある一次側・二次側という名称だけに依存しないことが重要です。

11. 部品受入れには機能試験が必要

気密試験の合格だけでは、流路詰まり、分岐流量、熱性能まで確認できません。CDUでは、ポンプまたは電源故障時の切替、警報履歴、遠隔アクセス、バルブ隔離、保守後の復帰手順も検証する必要があります。

12. 液冷部品RFQ資料

システム、部品、検証の情報をまとめて提供します。

完全なBOMにより、サプライヤー間の責任空白を減らせます。設計中の場合でも、接続図と各部品の機能範囲を明確にしてください。

よくある質問

サーバー液冷システムの中核部品は何ですか？

ダイレクト・トゥ・チップ方式では、CPU・GPUから熱を吸収するコールドプレート、供給・戻り冷却液を分配するサーバーおよびラックマニホールド、冷却液を循環して熱交換するCDUが中核部品です。クイックディスコネクト、ホース、センサー、漏液検知、取付構造も安全な保守と安定運転に不可欠です。

サーバーマニホールドとラックマニホールドの違いは何ですか？

サーバーマニホールドは一台のサーバーまたはコンピュートトレイ内にあり、複数のCPU・GPU・アクセラレーター用コールドプレートへ冷却液を分配します。ラックマニホールドはラックに沿って配置され、CDUから複数のサーバーへ冷却液を供給し、戻り液を回収します。流量、接続口数、設置空間、製造構造が異なります。

クイックディスコネクトが重要なのはなぜですか？

クイックディスコネクトは、冷却液の流出を抑えながらサーバーやコンピュートトレイを着脱できるようにします。シール、圧力損失、着脱寿命、接続方向、残液量、取付位置が信頼性に影響するため、一般的な配管継手と同じ扱いにはできません。

液冷部品の見積りには完全なBOMが必要ですか？

完全なBOMが望ましいですが、少なくともシステム接続図、2D図面、3Dモデル、接続仕様、冷却液、目標流量、許容圧力損失、使用圧力、漏れ量、清浄度、表面処理、試作数量、予定量産数を提供してください。各部品の接続先と機能範囲も明確にする必要があります。