- データと AI の需要の増加により電力供給が逼迫しており、データセンターにおける銅線から光ファイバーへの移行が加速しています。
- 銅線は光ファイバーに比べてエネルギー消費量が高く、距離制限が厳しいため、400G、800G 以上の速度に対応したネットワーク設計が求められます。
- 柔軟性は、モジュール設計、自動化、継続的な監視、およびプレハブ導管による分散型電気配電を組み合わせることで実現されます。
- GNSS 用の Power-over-Fibre などの銅線を使用しないソリューションにより、データと電力をファイバー経由で分散できるため、同期が改善され、複雑さとコストが削減されます。
こうした状況において、いわゆる「銅線フリーのデータセンター」や、銅の使用を最小限に抑えるアーキテクチャが、効率性、柔軟性、持続可能性を高める強力な手段として台頭してきています。具体的には、光ファイバーの活用、光ファイバーによる電力供給ソリューション、モジュール式の配電、そしてあらゆるワットとあらゆるケーブルメートルを最大限に活用する設計などが挙げられます。
データ、AI、エネルギーへの需要の急増
世界の情報量は増加の一途をたどっており、 2025年には世界中で約181ゼタバイトのデータが生成され、消費されると推定されています。これは10年前の約3倍に相当します。このような急増に対応するためには、データセンターはこれまで以上に拡張性が高く、コンピューティング能力とストレージ容量をほぼ瞬時に増強できる能力が求められます。
この飛躍的な進歩の背景には、クラウドコンピューティングと高性能人工知能の台頭がある。大規模な言語モデル、高度な分析、5Gサービス、リアルタイムアプリケーションは、帯域幅の需要を増加させ、許容遅延マージンを縮小させ、インフラストラクチャのエネルギー要件を劇的に増加させる。
BloombergNEFの予測によると、米国におけるAIコンピューティング関連の電力需要は2035年までに2倍以上に増加する可能性がある。Nvidiaのジェンセン・フアン氏やOpenAIのサム・アルトマン氏といった経営幹部は、この新たなデータセンターやAI複合施設の波を支えるためには、数兆ドル規模の新たなインフラが必要になると以前から警告してきた。
しかし、ボトルネックはもはやスペースやサーバー技術ではなく、電力供給と送電網の容量にある。多くの市場で送電インフラは老朽化しており、規制プロセスは遅く、新たな発電設備を送電網に接続するまでの期間は数年に及ぶ。
サンタクララの事例：完成した建物に照明がつかない
一部のテクノロジー拠点では状況が非常に深刻で、稼働準備が整った完成済みのデータセンターが、電力供給を待つために何年も空っぽのまま放置されている。これは、NVIDIAの本拠地であり、世界有数のコンピューティングの中心地であるカリフォルニア州サンタクララで起きていることだ。
世界最大級のデータセンター開発企業であるデジタル・リアリティは、2019年にサンタクララに新施設を建設するための許可を申請した。それから約6年が経過したが、4階建て、延床面積約4万平方メートルの建物は未だに空のままで、市営電力会社であるシリコンバレー・パワー（SVP）からの電力供給を待っている状態だ。
Stack Infrastructure（現在はBlue Owl Capitalが所有）も同様の状況にあり、近隣で最大48メガワットの重要容量を持つプロジェクトが依然として停滞している。両開発会社は、SVPが約4億5000万ドル相当の電力系統のアップグレードを完了することに依存しており、その完了目標は2028年頃となっている。
一方、サンタクララ郡ではすでに50以上のデータセンターが稼働中または建設中で、これは地域におけるデジタル容量の需要が電力網の拡張能力をいかに上回っているかを示している。このような環境では、1ワットたりとも無駄にできないため、エネルギー節約やケーブル配線・配電における損失削減を可能にするあらゆる技術が不可欠となる。
この問題はカリフォルニア州に限ったことではない。ドミニオン・エナジーが電力供給する、有名な「データセンター街」であるバージニア州北部では、大規模データセンターの接続に1年から3年、場合によっては7年も待たされるという報告がある。オレゴン州では、アマゾンが複数のプロジェクトで電力不足を訴えており、通信事業者と電力会社間の緊張の高まりを示している。
データセンターのケーブル配線はどうなっているのでしょうか?
電力供給の問題に加え、データセンターの内部設計も変革期を迎えている。特に伝送速度が飛躍的に向上するにつれ、銅線ケーブルは光ファイバーベースのソリューションに後れを取りつつある。
わずか数年で、40Gbpsから100Gbpsがほぼ標準となり、高性能な導入環境では400Gbpsリンクが広く普及しつつあります。IEEEが策定したイーサネットロードマップに従い、業界はすでに800Gbps、さらには1,6Tbpsへの飛躍的な進歩を計画しています。銅線でこれらの速度を維持することは、ますます複雑化し、コストがかさみ、エネルギー消費量も増加しています。
今日では、光ファイバーはデータセンターネットワークのほぼ全体、集約層からコア層、さらには部屋間や建物間に至るまで、標準となっています。銅線が最後に残っているのは、ラック内または近距離のスイッチとサーバー間の短いリンクで、そこではツイストペアケーブルやDACが、ごく短い距離と中程度の速度で依然として使用されています。
データセンターにおける銅線の終焉は長年予測されてきた。多くの人が予想していたよりも長く使われ続けてきたものの、距離の制約、増大し続ける電力需要、そしてエネルギー効率の高いデータセンターを設計する必要性といった要因が重なり、新たな転換点へと向かっている。
エネルギー消費：銅の弱点
高速環境における銅線の最大の問題点の1つは、光ファイバーに比べて消費電力が著しく高いことです。10Gbpsを超える速度では、設計上および効率上の制約から、ツイストペア（UTP/STP）ケーブルはミッションクリティカルな環境から事実上姿を消しています。
銅線リンクでは、両端がチャネルの電気信号伝送に電力を供給する必要があります。10G銅線トランシーバーは通常、1台あたり約3～5ワットを消費します。これは一見些細な電力に思えるかもしれませんが、数千ものポートに及ぶと、データセンターのエネルギー予算と冷却への影響は甚大になります。
それに比べて、銅モジュールは同等のマルチモード光ファイバー送受信機に比べて約10倍もの電力を消費します。さらに、発生する余分な熱を放散するための間接的なコストも加わり、空調設備や熱管理システムを大型化する必要があり、運用コストがさらに増加します。
追加的な発熱を補償するためのコストを考慮に入れると、銅線に関連する運用コストは、光ファイバーベースのインフラストラクチャの運用コストの2倍になる可能性が容易にあります。エネルギーマージンがますます厳しくなり、効率性に対する規制圧力が高まっている環境において、この差は極めて重要です。
銅線の信号損失と距離制限
銅線のもう一つの大きな制約は、速度と距離が増加するにつれて信号が失われることです。電気信号は減衰を受け、ASICの性能と、リンク全体にわたって信号の完全性を維持するために必要な補償技術によって制約されます。
非常に高速な場合、銅線を使っても短い距離を伝送するのに相当な電力が必要となり、これは消費電力削減という目標と完全に矛盾する。短距離DACケーブルでさえ、こうした限界が露呈し始めており、これまで比較的単純だった設計が複雑化している。
スイッチの容量増加もまた、状況を一変させる要因です。今日では、1Uサイズのスイッチ1台で複数のサーバーラックを接続できます。現代のアプリケーションが要求する速度では、銅線ケーブルでは、比較的狭い通路であっても、電力消費に過度な影響を与えることなく、これらの距離をすべてカバーすることはもはや不可能です。
そのため、多くの通信事業者は、短い銅線リンクに基づく従来の「ラック上部」モデルを放棄し、構造化ケーブル（主に光ファイバー）でサポートされた「列の中央」または「列の端」に集約スイッチを配置する設計を採用しています。これにより、複雑さが軽減され、拡張性が向上し、信号経路とエネルギー消費の最適化に役立ちます。
800Gと1,6Tに向けた社内ネットワークに向けて
イーサネットの800Gおよび1,6Tへのロードマップは、遠い野望ではなく、帯域幅の爆発的な増加、レイテンシの低減、そしてAI、IoT、大規模仮想化の台頭に対応するための現実的な必要性です。ハイパースケールプロバイダーは、すでにこれらの飛躍を念頭に置いてインフラストラクチャの準備を進めています。
このような状況において、構造化光ファイバーケーブルは明確な将来への道筋を示します。16ファイバーインフラストラクチャに基づくアーキテクチャは、利用可能な帯域幅を効率的に使用し、リンクアグリゲーションとデアグリゲーションを容易にすることで、これらの高速化への秩序だった拡張を可能にします。
例えば、適切に計画された16ファイバー設計では、1台の高容量スイッチで約192台のサーバーにサービスを提供することが可能になり、サーバーのセットアップや管理といった作業が容易になるだけでなく、レイテンシ、ポート利用率、伝送ビットあたりの総コストの面で顕著な改善が見込めます。
専門メーカー各社は、多くの大規模企業やパブリッククラウドのデータセンターが、サーバーまで光ファイバーを敷設する投資が最も合理的な選択肢となる転換点に達したと指摘している。彼らはハイパースケール環境を参考に、自社の規模でこれらの戦略を再現することこそが、後れを取らない唯一の方法だと結論付けている。
これは銅線が完全に消滅するという意味ではありません。特に小規模データセンターや要求の低いシナリオなど、価格差が銅線の使用を正当化するような、低帯域幅で非常に短距離のニッチな分野は依然として存在するでしょう。しかし、銅線の存在感は薄れつつあり、その用途はますます限定的になっています。
ラテンアメリカおよびその他の新興市場における光ファイバーの役割
光ファイバーを主体としたソリューションへの移行は、北米やヨーロッパの主要拠点に限ったことではない。ラテンアメリカでも光ファイバーの導入が急速に進んでおり、より近代的で効率的なデータセンターネットワークの基盤が築かれている。
OECDの最新データによると、コスタリカのような国ではわずか1年間で光ファイバーの導入が74％近く増加した一方、コロンビアとメキシコでは同じ期間にそれぞれ43％と36％の増加を記録した。
この飛躍は、銅線が一夜にして完全に排除されることを意味するものではないが、特に距離、容量、消費量における利点が最も顕著なネットワーク分野において、光ファイバーインフラへの投資が明確にシフトしていることを反映している。
実際には、光ファイバーは基幹回線、集約、重要なネットワークセグメントに利用され、銅線は高度に局所的なシナリオで再利用されるという、ハイブリッドなエコシステムが見られます。光ファイバーのコストが低下し、プラグアンドプレイソリューションが向上するにつれて、銅線インフラの拡張を継続する経済的な根拠は弱まります。
柔軟性：データセンターインフラのキーワード
ケーブルの種類以外で、現代の設計において最も頻繁に繰り返されるキーワードは「柔軟性」である。ワークロードの変化、急速に進化するテクノロジー、そしてますます不安定になるエネルギー需要に対応するため、データセンターは長期にわたる停止や大規模な建設工事を行うことなく、柔軟に対応できなければならない。
電気的な観点から言えば、サービスの継続性は極めて重要です。供給の中断は、データ損失、高額なサービス停止、そして企業の評判低下につながる可能性があります。したがって、信頼性、冗長性、そして回復力は、配電システムの設計における基本的な柱となります。
同時に、通信事業者は二酸化炭素排出量の削減とエネルギー効率の向上を求める圧力にますます直面している。国際エネルギー機関によると、データセンターと通信ネットワークはすでに世界の電力消費量の2～3％、温室効果ガス排出量の約1％を占めている。
推定値は様々だが、抜本的な最適化策が講じられなければ、この数値は今後数年間で増加すると見込まれている。このような状況下では、建物の半分を再設計することなく、負荷の再編成、容量の増強、あるいは新技術の統合を可能にするインフラを整備することが、重要な競争優位性となる。
柔軟なデータセンターのための重要な対策
このような柔軟性を実現するために、データセンター事業者は、ハードウェア層と管理・運用層の両方に影響を与える、いくつかの補完的な戦略を採用している。中でも特に重要なのは、モジュール設計、高度な自動化、継続的な監視、分散型電力供給などである。
まず、モジュール式の設計とインフラストラクチャにより、運用への影響を最小限に抑えながらデータセンターエリアを拡張または再構成できます。モジュール式の部屋、プレハブ式のラック、密閉されたホットアイルとコールドアイル、および組み立て済みのソリューションにより、迅速な移行が可能になり、リスクが軽減されます。
自動化とオーケストレーションも中心的な役割を果たします。インテリジェントなリソース管理ツールにより、負荷分散、トラフィック分散、サーバー使用の最適化、ピーク需要へのリアルタイム対応が可能になり、手動による介入を減らし、人為的ミスの可能性を低減できます。
さらに、リアルタイム監視および分析ソリューションにより、エネルギー消費量、温度、港湾利用率、その他の主要パラメータを可視化できます。これらのデータに予測分析アルゴリズムを適用することで、障害の予測、非効率性の検出、拡張計画の精度向上に役立てることができます。
最後に、プレハブ式の電線管に基づいた分散型配電の構想が勢いを増している。これは、エネルギーを必要な場所に近づけ、損失を減らし、サービスの中断や大規模な内部工事なしにモジュール単位で拡張することを容易にする。
分散型配電とプレハブ配管
従来の高度に集中化された配電システムは、大規模なITルームでは柔軟性に欠け、非効率になることがあります。配電の一部を分散化し、電力供給ポイントを負荷の近くに配置することで、日常業務において様々なメリットが得られます。
まず第一の利点は、送電損失の低減です。送電線が短くなり、実際の消費量により適したものになれば、供給される電力1ワットあたりの利用効率が向上し、電圧降下や導体の発熱が低減されます。
また、信頼性も向上します。分散型アーキテクチャは、単一の障害による影響を最小限に抑えます。単一の重要な箇所が広範囲をオフラインにするのではなく、障害はより小さなセクションに限定されるため、データセンター全体に影響を与えることなく、冗長性とメンテナンスが容易になります。
拡張性という点では、プレハブ式の電線管を使用することで、電源モジュールや新しい分岐をほぼ即座に追加でき、従来のケーブル配線ソリューションよりも設置時間を大幅に短縮できます。これにより、新しいラックの導入や負荷密度の調整において、より高い柔軟性を実現できます。
さらに、室内の配電設備を戦略的に配置できることで、廊下、空気の流れ、データケーブルの配線経路をより効率的に設計できる自由度が得られます。これは、1センチメートルたりとも無駄にできない高密度環境では特に重要です。
解決策の例: I-Lineトラックバスウェイチャネリング
このアプローチの良い例として、 ITルームや最新のデータセンター向けに特別に設計されたI-Line Track Buswayのような、バスウェイ型のプレハブ式電線管ソリューションが挙げられます。これらは、安全性、柔軟性、効率性を提供するように設計された、堅牢でモジュール式のシステムです。
例えば、I-Line Trackバスウェイ用導管は、IEC 61439-6の認証を取得しており、純度約99,9%の高純度銅を使用しているため、導電率は98%を超えています。このレベルの導体品質は、損失を最小限に抑え、安定した電力供給を確保する上で非常に重要です。
その特長の一つは、ジャンクションボックスを素早く接続できるプラグインシステムです。柔軟なクランプにより最適な電気的接触が確保されるため、分岐回路をわずか数秒で接続できます。これにより、設置時間を大幅に短縮し、接続ミスの可能性を低減します。
また、ボックスを配管にしっかりと固定するための受賞歴のあるソリューションであるイージーロックタイプのアンカーや、セクション間の確実な電気機械的接続を保証する接続ブロック、生産環境での迅速な組み立てのために設計された固定システムも含まれています。
アルミニウム製の筐体には、追加の通信バスや光ファイバーケーブルなどを収容できるスロットが設けられており、例えばパイプライン自体の継続的な温度監視などに利用できます。さらに、ヘッドエンド監視システムにより、エネルギー消費量、負荷レベル、アラームを制御できるため、可視性とセキュリティがさらに向上します。
最後に、ジャンクションボックスは通常、保護装置、信号装置、電源コンセントなどを収容するのに十分な容量を備えており、最大限の安全性を確保して設置および取り外しができるように設計されているため、運用を損なうことなく保守および拡張作業を大幅に容易にします。
銅線不要のデータと電力リンク：光ファイバー経由の電力供給への賭け
データ伝送における銅線を光ファイバーに置き換えるだけでなく、一部のメーカーはさらに一歩進んで、特に重要な同期および信号伝送用途において、特定の機器の電源供給からも銅線を排除するソリューションを開発している。
顕著な例として、HUBER+SUHNER社は、全地球航法衛星システム（GNSS）および光ファイバー給電技術ソリューションの一環として、完全に銅線を使用しないデータおよび電力リンクを開発しました。このようなシステムは、極めて高精度な時刻同期が求められるデータセンターや5G環境において特に注目されています。
従来、GNSSアンテナは電力と信号の両方を伝送する銅ケーブルを使用して給電されており、多くの場合、電力専用のケーブルが別途必要でした。これは設置作業を複雑にし、ケーブルの重量を増加させ、動作距離を制限する要因となっていました。
HUBER+SUHNERのGNSS光ファイバー給電ソリューションは、光ファイバー自体を使用して信号と電力を同時にアンテナに伝送するため、別途電源ケーブルを用意する必要がありません。これにより、設置が簡素化され、展開時間が短縮され、手の届きにくい天井や凹部にある給電チャネルへの依存度を最小限に抑えることができます。
この方式の大きな利点の1つは、銅線による信号劣化や制限を受けることなく、送信機と受信機間の距離を数メートルから数キロメートルにまで伸ばせることです。これにより、建物やキャンパス内の光ファイバーインフラを通してGNSS信号を配信する際の柔軟性が大幅に向上します。
データセンターにおけるGNSSとPower-over-Fibreのメリット
衛星信号は、データセンターの部屋など、建物の構造自体による遮蔽のため、十分な強度で高度に隔離された屋内空間に到達することは稀です。屋外でのGNSS受信と屋内光ファイバー配線を組み合わせることで、真に必要とされる場所に高精度な時刻情報を提供できます。
この組み合わせにより、GNSS信号を建物全体に安全かつ確実に、そして安定的に配信することが可能になり、非常に厳密な基準時間に依存するネットワーク機器、通信システム、およびアプリケーションの同期が改善されます。
光ファイバーケーブルをエネルギーおよび信号の伝送媒体として使用することで、事実上無制限の時間基準距離が実現され、電磁干渉の影響を受けにくくなります。銅線とは異なり、光ファイバーケーブルはノイズアンテナとして機能しないため、伝送される信号の品質が向上します。
プロバイダーやオペレーターにとって、これは既存の光ファイバーインフラを活用し、実際に使用した容量分だけ料金を支払い、ゼロから配線し直すことなく将来の拡張に対応できることを意味します。これは明らかに「将来を見据えた」戦略であり、モジュール式で拡張性の高いデータセンターの理念によく合致しています。
運用面では、追加の銅線配線を避け、電力と信号に同じ光ファイバー経路を使用することで、設置コスト、展開時間、および潜在的な故障箇所が削減されます。これは、メンテナンス時間が限られている環境において非常に重要な利点です。
銅線から光ファイバーへの移行、配電の分散化、プレハブ配管の採用、そして光ファイバー給電のような銅線不要の電力リンクの出現といった一連のトレンドは、データセンターをより効率的で、回復力が高く、拡張性の高いアーキテクチャへと押し進めています。これらの要素を効果的に組み合わせることができる企業は、爆発的なデータ需要の増加に対応し、持続可能性目標を達成し、毎回ゼロからやり直すことなく次の技術革新の波に適応できる、より有利な立場に立つことができるでしょう。
