データセンターと電力　米国では2028年に電力の最大12%との推計

AIの普及で、データセンターの電力が大きな論点になっています。米エネルギー省は2024年12月20日、米国のデータセンターの電力使用についての報告書を公表しました。2023年の使用量は1,760億キロワット時で、米国の電力の約4.4%でした。2028年には3,250億〜5,800億キロワット時に増え、全体の約6.7〜12%を占めると見込んでいます。

電気は何に使われるか

データセンターの電気の使い道は、大きく2つに分かれます。1つは、サーバーやネットワーク機器、記憶装置を動かす電気です。AI向けのサーバーは、GPUを何枚も載せ、1台あたりの電力が大きくなります。

もう1つは、機器が出す熱を取り除く冷却の電気です。半導体は使った電気のほとんどを熱として出します。熱を逃がさないと性能が落ち、壊れる原因にもなります。AI向けのサーバーでは、空気で冷やす方式に加えて、液体で直接冷やす方式も使われるようになっています。

効率の指標「PUE」

データセンターの電気の使い方の効率は、PUE（Power Usage Effectiveness）という指標で表します。施設全体の電力を、IT機器の電力で割った値です。1に近いほど、冷却などIT機器以外に使う電気が少ないことを示します。

データセンターの電力を考える主な要素

要素	中身	半導体との関係
計算の電力	GPU・CPU・メモリなどを動かす電気	電力あたりの性能が高いチップほど少ない電気で済む
冷却の電力	熱を取り除く空調や液冷の電気	チップの発熱が大きいほど冷却の負担が増える
電源の変換	受け取った電気を機器に合う形に変える	パワー半導体の効率が損失を左右する
PUE	施設全体の電力÷IT機器の電力	1に近いほど効率がよい

増え方の速さ

米エネルギー省の報告書によると、米国のデータセンターの電力使用は2014年の580億キロワット時から2023年の1,760億キロワット時へ、約3倍に増えました（計算）。2028年の推計の上限の5,800億キロワット時は、2023年の約3.3倍です（計算）。

推計の後も、IT大手の設備投資は増えています。アマゾンの2026年7〜9月期の有形固定資産の取得は773億ドル、アルファベットは514億ドルで、ともに前年同期の2倍を超えました（計算）。マイクロソフトは7〜9月期に、外部の事業者からのデータセンターの引き渡しの一部が遅れたと説明しています。建物と電力の確保が、投資を進める速さを左右する場面が出ています。

半導体の側からの答え

電力の制約に対し、半導体の側では、電力あたりの性能を上げることが答えになります。微細な世代への移行、メモリを計算のチップの近くに置くHBMや先端パッケージ、用途を絞った専用の半導体などは、いずれも同じ電気でより多くの計算をこなすための技術です。電源の変換の損失を減らすSiCなどのパワー半導体も関わります。

今後の注目点

• IT大手の10〜12月期の設備投資。マイクロソフトは500億ドル超を見込んでいます。
• データセンター向けの電源・冷却の部品の会社の業績。
• 各国の電力の需要の見通しの改定で、データセンターの扱いがどう変わるか。