AIデータセンターはハイパースケールである必要はない 新たな設計が地域社会の負担を軽減する可能性
AIがデータセンター建設の新たな波を推進する中、企業は分散型エッジ施設、柔軟な電力需要、モジュール式システム、代替電源構成などの実験を進めている。こうしたアプローチは、地域社会がデジタルインフラのコストをどう算出するかを変える可能性がある。
AIデータセンターと聞いて思い浮かべるイメージは定着しつつある。数百エーカーの敷地に建設され、送電線や変電所に接続されている。巨大な建物にはサーバーが詰め込まれ、冷却システムが数千個の高性能チップの過熱を防ぐために稼働している。このモデルは確かに現実だが、唯一の選択肢というわけではない。
地域社会がどれほどのデジタルインフラを受け入れられるのかを議論する一方で、エンジニアや電力系統の運用者は並行して別の問いを検討している。次世代のデータセンターは、前世代と同じように建設・運用される必要がないとしたらどうなるのか、という問いである。
懸念の度合いは高まっている。国連環境計画（UNEP）の試算によると、2024年の世界全体でのデータセンターの電力消費量は約415テラワット時に達し、世界全体の消費量の約1.5%を占めた。さらに、その需要は2030年までに倍増する可能性があると予想している。水資源への影響については、施設の設計、冷却技術、立地条件によって大きく異なるとUNEPは指摘する。
米連邦政府の技術指導方針でさえ、単一の理想的な設計という考え方を否定している。米国エネルギー省（DOE）のデータセンター設計に関するベストプラクティス・ガイドでは、効率性をシステム全体の問題として扱っている。そのシステムには、コンピューティング機器、冷却、電気インフラ、水資源、排熱回収、日々の運用が含まれる。またガイドでは、短縮された開発スケジュールによって、特定のプロジェクトに実際に何が必要かを問う代わりに、過去に機能したアプローチを企業が再利用してしまうリスクについても警告している。
この区別は重要だ。なぜなら、現在地域社会の反対運動を引き起こしている影響の多くは、コンピューティングそのものに本来的に備わるものではないからだ。それらは、施設をどこに置くか、事業者がどれだけの容量を建設するか、どのように電力を調達するか、どのように冷却を管理するか、そしてその電力需要が電力系統の状況に適応できるかという選択の結果にすぎない。
サステナビリティは建設前から始まる
UNEPは、データセンターのサステナビリティを単に建設後に再生可能エネルギーを追加すること以上のものとして捉えている。効率化を図ることで、排出量を削減し、運用コストを抑え、電力システムへの負荷を軽減することができる。
DOEも同様に、まずエネルギー需要の削減から始め、次に熱の再利用、節水型の排熱、そして追加の再生可能エネルギーの導入を検討することを推奨している。コンピューティング機器の効率が向上すれば、より効率的なサーバーはサポート用の電気・冷却インフラをそれほど必要としないため、施設全体に好影響が及ぶ。
冷却方式を見るだけでも、2つのデータセンターがいかに異なり得るかがよくわかる。
DOEの設計ガイドでは、給排気管理、冷水システム、フリークーリング（外気冷房）、蓄熱、ダイレクト液体冷却を、それぞれ異なる工学的な選択肢として扱っている。また、一般的によく知られている電力効率の指標と並行して、水の使用量についても評価することを推奨している。
ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学スクール（SEAS）の研究者や学生たちは、チップ直接冷却、排熱再利用、さらには地域の水資源の状況から建設予定地がそもそも適しているかどうかの検証に至るまで、多様なアプローチから同じ問題に取り組んでいる。
モジュール式の建設方式も別の選択肢となる。すべてのプロジェクトを、稼働前に完了させなければならない1つの巨大なキャンパスとして扱うのではなく、一部の事業者は、需要が具現化するにつれて段階的に施設を拡張できる再現可能なシステムを採用している。
根本的なポイントは、個々の技術を超えたところにある。
建物の規模、冷却方法、土地利用、電力供給、拡張のペースは、すべて設計上の選択肢である。「データセンター」と呼ばれるものに固定された特性ではない。
データセンターが電力系統と協力したらどうなるか
電力系統向けソフトウェア企業カミュ・エナジー（Camus Energy）の共同創業者兼CEOであるアストリッド・アトキンソン氏は、もう1つの前提に疑問を投げかける。それは、新しいデータセンターが固定化された電力需要の固まりとして機能しなければならないという前提だ。「私たちは、電力網への接続アクセスの引き換えに、柔軟性を提供する意向のあるデータセンター向けの接続構築に注力している」とアトキンソン氏はインタビューで語った。
電力会社が保守的な計画を立てるのには正当な理由がある。異常気象や機器の故障、異例の需要ピーク時であってもサービスを維持しなければならないからだ。アトキンソン氏は従来の計画における問題を、「最も暑い夏の日の最も暑い時間帯」に備え、さらにその上に予測不能な不測の事態への対策を重ね合わせることだと説明した。
そうした最悪のシナリオに対応するための十分な送電線、変電所、発電設備を建設するには何年もかかる可能性がある。しかし、電力系統は年中無休で最大の負荷に晒されているわけではない。アトキンソン氏は、システムが逼迫している際に、蓄電池や自社施設内のリソースに一時的に依存したり、コンピューティングの負荷をシフトしたりすることで、系統からの受電量を減らせるデータセンターもあるのではないかと提案する。そうすれば電力会社は、従来の系統補強がすべて完了するのを待たずに、一部の大型需要を接続できるようになる可能性がある。
カミュによれば、柔軟な系統接続の取り決めの多くは、バッテリー、自家発電設備、逼迫時の対応を定めた運用協定の組み合わせに依存しているという。PG&E、サザン・カリフォルニア・エジソン、コムエド（ComEd）などの電力会社は、柔軟な接続プログラムのバージョンを開発または実証テストしている。「電力系統にとって、より良い隣人になることが重要なのだ」とアトキンソン氏は述べる。
DOEも需要側の柔軟性を、ピーク需要を抑え、既存および新規の電力インフラをより有効活用するための手段の1つと位置づけている。同省は、柔軟なデータセンター運用や電力メーターの需要家側のリソースを支援し得る料金体系などを検討している規制当局に対し、技術的支援を提供している。
だからといって、電力不足時にすべてのAIワークロードを単純に停止できるわけではない。信頼性の要件は様々であり、常に利用可能であることが求められるコンピューティング運用もある。
柔軟性という概念は、評価のあり方を変える。計画中の施設が何メガワットを求めているかだけを問うのではなく、電力会社や地域社会は、そのうち何メガワットが24時間年中無休で必要なのか、最大需要で稼働する頻度はどれくらいか、電力系統の逼迫時にどの負荷を移行できるかを問うことができるようになる。
アトキンソン氏の目標は「すでに存在するインフラからより多くの能力を引き出すこと」だ。
これは、プロジェクトのスケジュールだけでなく電気料金にも影響を与える可能性がある。送電線や発電設備の建設には巨額の費用がかかり、最終的には誰かがそのコストを負担することになる。カミュ、エンコード（Encoord）、プリンストン大学ZEROラボによる研究によると、PJM地域で柔軟な系統接続を利用した仮定の500メガワットのデータセンターは、従来の系統拡張がすべて完了するのを待つプロジェクトよりも数年早く接続できることがわかった。
データセンターは分散させることも可能だ
2つ目の前提は地理に関するものだ。
パブリックな議論の多くはハイパースケール施設に集中している。その規模ゆえに極めて目立つからだ。一方、エッジコンピューティングは異なるアプローチを採り、データを作成または利用する人々、デバイス、企業の近くに、比較的小規模なコンピューティング容量を配置する。
デュオス・エッジAI（Duos Edge AI）の担当者は、こうした施設により、ハイパースケール・キャンパスを受け入れることのない地域社会にもデジタルインフラをもたらすことができると主張する。同社は、地域の教育サービスセンターや学区とのパートナーシップを通じて、テキサス州にモジュール型エッジデータセンターを導入した。この違いは重要だ。
「データセンター」とはインフラが果たす機能を説明する言葉であり、単一の物理的形態を指すものではない。
ハイパースケールAIキャンパスもデータセンターである。コロケーション施設も同様だ。モジュール式の構築や地域ネットワークをカバーするエッジ施設もデータセンターである。これらはそれぞれ、土地、電力、水、送電網に対して全く異なる要求を課す。デュオスはまた、デジタルインフラを経済開発の問題としても位置づけている。
同社の代表者は、意図的に厳しい警告を発した。「データセンターを追い出せば、企業はデータセンターのある場所へ移っていくだろう。人々は仕事のある場所へついて行き、結果として現代のゴーストタウンが生まれることになる」。この予測は、個々の地域社会に関する根拠が示す範囲を超えている感はある。データセンターは、多くの伝統的な工業施設と比較して、恒久的な大規模雇用を生み出す場所ではないからだ。
だが、根本的な課題を無視することは難しい。デジタルインフラに関する意思決定を行う地域社会は、急速にデジタル化が進む経済を支える物理的システムとのつながりについても意思決定を行っているのだ。DOE自体も、かつて化石燃料エネルギーに依存していた地域や廃止された発電所の跡地を、新しいクリーンエネルギー資源とともにデータセンターとして再開発する有力な候補地として挙げている。
エッジコンピューティングは議論の幅をさらに広げる。地域社会は、巨大なAIキャンパスを受け入れるか、地元のデジタルインフラを一切持たないかの二者択一を迫られる必要がないからだ。低遅延や地域内での処理がメリットとなるアプリケーションの場合、より小規模な分散型施設が別の選択肢となり得る。
既存インフラが立地評価の条件を変える
そこで新たな疑問が生じる。コンピューティングの新たな波が訪れるたびに、すべて未開発地（グリーンフィールド）から始めなければならないのだろうか。データセンターの電力需要に関するDOEの取り組みには、廃止された発電所跡地や、すでに貴重なエネルギーインフラが存在するその他の場所の再開発の可能性が含まれている。
これは重要なポイントだ。立地評価において土地は要素の1つに過ぎないからだ。送電網へのアクセス、変電所、光ファイバー、水資源、用途地域指定、利用者への近接性も同様に重要である。また、既存の産業跡地は、未開発の土地とは異なるトレードオフを地域社会に提示できる可能性がある。
元発電所や既存の産業跡地には、他の場所で再現しようとすれば高額な費用がかかり、地域に混乱をもたらすようなインフラがすでに整っている場合がある。再利用はまた、完全に新しい産業用地を建設することなく、土地を再び生産的な用途に戻すことを可能にする。もちろん、すべてのブラウンフィールド（再開発用地）や廃止された発電所跡地がデータセンターになるべきだというわけではない。環境修復、電力系統の容量、地域の需要、住民の優先事項も引き続き考慮されるべきだ。しかしこのことも、AIインフラの構築が「何百エーカーもの手つかずの土地を新しいキャンパスに転換することを意味する」という前提を覆す要因となる。
オフグリッドだからといって影響がゼロになるわけではない
電力不足は、さらに多様な構成を生み出している。電力網への接続待ちが長期化している事業者は、電力メーターの需要家側での発電やマイクログリッド、従来の電力系統の外側で一部または全面的に稼働する施設を検討している。これは運用のタイミングに関する問題を解決できるかもしれないが、環境問題を自動的に解決するわけではない。
トラウトマン・ペッパー・ロックによる分析では、コンピューティング需要が出力・送電容量の拡大速度を上回る中、ハイブリッド電源や需要家側電源への関心が高まっていることが報告されている。同時にこの分析では、信頼性、規制、燃料供給、地域社会への影響が引き続き懸念材料であるとも指摘している。
アトキンソン氏は、敷地内での化石燃料発電をデフォルトの回避策として扱うことに慎重だ。彼女の考えは、単純に「すべてのデータセンターの隣にガス発電所を増設すること」ではないと語る。オフグリッド施設は電力会社のシステムへの負荷を軽減できるかもしれないが、排出量、地域の空気質、燃料インフラ、遊休化した発電設備についての新たな課題を生み出す。より注目すべき代替案は、柔軟なコンピューティング、蓄電池、再生可能エネルギー発電、モジュール式の拡張、そして実際に利用可能な電力に合わせて設計された施設など、複数の戦略を組み合わせるものかもしれない。
トラウトマンの分析は、再生可能エネルギーの発電サイトで運用され、本来であれば出力抑制（出力制限）されていたはずの電力を消費するモジュール型データセンターを指摘している。これは従来の立地決定のあり方を逆転させるものだ。巨大なコンピューティング負荷に合わせて発電設備や送電網を建設する代わりに、コンピューティング負荷のほうをすでに存在するエネルギーの近くへと移動させることができる場合もある。
問うべきは「どんな種類のデータセンターか」だ
これらのアプローチのいずれも、データセンター開発の影響を完全にゼロにするものではない。あらゆるサーバーには電力が必要だ。施設は土地を占有する。冷却には環境的コストが伴う。バッテリー、建物、電気設備には資材が必要だ。地域社会は、プロジェクトがもたらす経済的・技術的利益が、その負担に見合うものかどうかを判断しなければならない。
しかし、あらゆるデータセンターをまったく同じプロジェクトとして評価していては、そうした判断は意味をなさなくなる。アトキンソン氏は、大規模なコンピューティング負荷が電力系統とどう連動するかを変えようとしている。
エッジ事業者は、コンピューティング容量の配置場所を変えようとしている。
エンジニアたちは、冷却、建設、電力構成を変えつつある。
これらのアプローチを総合すると、地域社会や事業者に対して、より広範な問いを提示することになる。
- このワークロードにハイパースケール・キャンパスは本当に必要か？
- 将来予測される需要分を即座に建設するのではなく、段階的に拡張することは可能か？
- 電力系統の逼迫時に、一部のコンピューティング処理をシフトすることはできるか？
- その敷地には本当に新たな送電網が必要か？
- 既存の産業インフラやエネルギーインフラを再利用できるか？
- 冷却システムに実際に必要な水はどれくらいか？
- より小規模なエッジ施設で同じ地域のニーズを満たせるか？
- 予測されていたAI需要が具現化しなかった場合、どうなるか？
これらの問いは、データセンターをめぐる対立を解消するものではない。だが、議論をより具体的なものにする。データセンターブームの次のフェーズは、米国がどれだけ素早く建設できるかだけに依存するのではない。開発事業者、電力会社、地域社会が、自らに建設が求められている多種多様なデジタルインフラの違いをいかに素早く見極められるようになるかにかかっているのかもしれない。
