熱設計とは　チップから部屋の外まで熱の通り道を決める作業、GB200 NVL72はラックごと液冷

熱設計は、チップが出す熱を、決められた温度の中で外へ逃がすための仕組みを決める作業です。チップが使う電力はほぼすべて熱になるため、使う電力が増えれば、逃がす能力も同じだけ増やさなければなりません。熱設計の出発点はメーカーが示す熱設計電力（TDP）で、インテルはTDPを、システムの設計者が冷却の方法を選ぶための目標値と説明しています。

熱は何段も渡って運ばれる

熱は、トランジスタのある部分から始まり、シリコンのチップ、パッケージのふた、熱を伝えるグリスや金属、ヒートシンクか冷却板、空気か液体、そして建物の外へと渡っていきます。段の境目ごとに温度の差が生まれます。熱の流れにくさ（熱抵抗）を段ごとに足し合わせ、電力をかけた値が、外の空気とチップの内部との温度差になります。

そのため、熱設計では2つの数字を見ます。1つはチップの内部の温度の上限、もう1つは周りの空気や冷却水の温度です。この差が小さいほど、熱抵抗を低く抑える必要があります。

製品の仕様に載る温度と電力

製品	項目	数字
インテル Core i9-14900K	動作時の最高温度（接合部）	100度
ローム RY7P250BM	接合部の温度の上限	175度
エヌビディア H100 NVL	空冷・2スロット幅のPCIeカード、最大のTDP	350〜400W
エヌビディア H100 SXM	最大のTDP	700W
エヌビディア DGX B200	装置の最大の消費電力／動作時の室温	約14.3kW／10〜35度

空気から液体へ

同じH100でも、空冷のPCIeカードは350〜400W、サーバーの基板に直接載せるSXM版は最大700Wです。冷やせる量に合わせて、使える電力の上限を変えている形です。空気は熱を運ぶ力が小さく、狭い場所に多くの熱が集まると、風の量を増やしても追いつかなくなります。

エヌビディアのGB200 NVL72は、GPU72基とCPU36基をラック1台にまとめ、ラック全体を液体で冷やす設計です。会社は、液冷のラックがデータセンターの電力と水の使用を減らすと説明し、同じ電力で空冷のH100の設備に比べ25倍の性能が出るとしています。ラックの消費電力の数字は製品ページに載っていません。

チップの側の工夫

熱設計は冷却の装置だけの問題ではありません。チップの設計でも、熱を出す回路を散らして置く、温度を測るセンサーを内蔵して周波数を下げる、といった手を打ちます。インテルのCPUは、温度が上限に近づくか電力の上限に達すると、周波数を下げて発熱を抑えます。電力用のMOSFETでは、データシートの許容損失が、接合部の温度が上限を超えない範囲として示されます。

関連する用語

• TDP：熱設計の目安になる電力の値。
• 熱抵抗：熱の流れにくさ。1Wあたり何度上がるかで表します。
• 液冷：冷却板などを通した液体で熱を運ぶ冷やし方。
• 空冷：ヒートシンクと風で熱を運ぶ冷やし方。