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データセンターとは、人工知能のトレーニング、ITインフラストラクチャ、コンピュータシステム、および関連コンポーネントの収容を含め、データと情報の保存、管理、および配布を目的とした物理的な部屋、建物、または施設です。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 2007年のエネルギー独立安全保障法では、データセンターを「主にデジタル情報を処理、保存、および送信するために使用される電子機器を含む施設」と定義しています。[ 4 ]これには、「独立した構造物」または「電子機器の動作に適した条件を維持するために環境制御装置を使用する、より大きな構造物内の施設」が含まれます。[ 5 ] IBMによると、データセンターは1940年代に遡り、米軍の電気数値積分計算機（ENIAC）が初期の例でした。[ 6 ]
ワークロードに応じて、データセンターにはさまざまなモデルがあります。エンタープライズ（オンプレミス）モデルでは、ITインフラストラクチャとデータがオンプレミスでホストされますが、ハイパースケールデータセンターを含むクラウドデータセンターでは、 Amazon Web Services、Google Cloud Platform、IBM Cloud、Microsoft Azureなどのクラウドサービスプロバイダーが使用するインターネット接続を介してITインフラストラクチャリソースをホストします。これらは、数千台のサーバーと何マイルにも及ぶ高速データ接続機器を備え、最大60,000平方フィートの広さになることがよくあります。マネージドサービスデータセンターでは、企業に代わってサードパーティの管理者が雇われ、機器とインフラストラクチャを購入する代わりにリースします。コロケーションデータセンターでは、企業は他社が所有し、自社の敷地外にあるデータセンター内のスペースをレンタルできます。コロケーションデータセンターがインフラストラクチャをホストし、企業はコンポーネントを提供および管理します。エッジデータセンターは、エンドユーザーやデバイスに近い場所に設置された、より小規模で分散型の施設です。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 2024年の米国データセンターエネルギー使用レポートで、ローレンス・バークレー国立研究所は、 2023年のコンピュータサーバーの74%がハイパースケールおよびコロケーションセンターに収容されていると推定した。[ 10 ]
大規模データセンターは、その運用に相当なエネルギーを必要とするため、エネルギーの大量消費が懸念されています。国際エネルギー機関（IEA）は、これらのデータセンターの電力消費量が約415テラワット時（TWh）に達し、2024年の世界の電力消費量の約1.5%を占め、過去5年間で年間12%の成長率であったと推定しています。[ 11 ] IEAは、この量が2030年までに約945TWhに倍増し、年間約15%の成長率になると予測しています。[ 11 ]米国だけでも、データセンターの電力消費量は「現在から2030年までの電力需要の増加のほぼ半分」になります。[ 12 ]ミシガン環境正義連合のテリー・グエンとベン・グリーンによると、1つのデータセンターは「最大2メガワット時（MWh）を消費する」可能性があり、これは「小さな町の電力消費量に相当する」とのことです。[ 13 ]これには、電気料金の増加も含まれます。[ 14 ]
学術誌Npj Clean Waterに掲載された研究によると、2021年にはデータセンターが1日あたり約17億リットルの水を消費し、そのうち57%が飲料水から供給されていると推定され、オペレーターの3分の1未満しか水の使用量を測定していないことが指摘されている。[ 15 ]環境への影響、エネルギーと水の使用、その他のコストに対する懸念から、 AIブームの間、新しいデータセンターへの反対が生じている。これらの動きは、ヨーロッパ、米国、南米の一部で見られる。[ 16 ] Data Center Watchの最初のレポートは2024年5月から2025年3月までの期間を対象としており、「地元の反対により、合計640億ドルのデータセンタープロジェクトが阻止または遅延した（6つのプロジェクトが完全に阻止され、10のプロジェクトが遅延した）」ことが判明した。[ 17 ]
データセンターは通常、所有形態、規模、および用途に基づいて分類される。
これら 4 つのカテゴリにおけるコンピューティング ワークロードの分布は、過去 10 年間で劇的に変化しており、ハイパースケールとコロケーションを合わせると、2014 年の 40% 未満から 2023 年の米国のサーバー エネルギー消費量の約 74% を占めるようになり、この割合は 2028 年までに 85% に達すると予測されています。[ 18 ]ただし、これらの分類は相互に排他的ではなく、特定のデータ センターの運用構造とサービス モデルによっては重複する場合があります。
エンタープライズ データ センターは、他社のデータを商用ホスティングするためではなく、自社の内部情報技術 (IT) ニーズのために単一の組織によって所有および運営されています。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]かつては不可欠なインフラストラクチャでした。2014 年、エンタープライズ データ センターは米国のサーバー エネルギー消費の 60% 以上を占めていましたが、ワークロードがハイパースケールおよびコロケーション施設に移行したため、この割合は 2023 年までに約 10% に急激に低下しました。[ 18 ]エンタープライズ データ センターのエネルギー効率は、冷却のためにハイパースケール施設よりも大幅に低い傾向があります。エンタープライズ サイトでは電力消費の 30% 以上を占める場合があり、効率的なハイパースケール データ センターでは約 7% です。[ 19 ]エンタープライズ施設からクラウドおよびコロケーション インフラストラクチャへの移行は、過去 10 年間の決定的な構造的トレンドの 1 つです。[ 20 ]
コロケーションセンターは、電力、冷却、スペースなどの共有物理インフラストラクチャを、独自の施設を建設するのではなくスペースをリースする複数のテナントに提供します。[ 21 ] [ 22 ]コロケーションデータセンターは、組織の支出を削減すると同時に、オペレーターが電力調達と冷却効率で規模の経済を実現できるようにします。 [ 19 ]世界最大のデータセンターのいくつかはコロケーションセンターであり、[ 24 ]このカテゴリは、2024 年時点で世界のデータセンター容量の約 22% を占め、容量でハイパースケール施設に次いで 2 番目に大きいカテゴリとなっています。[ 20 ]主要なコロケーションプロバイダーには、Equinix、Switch、COPT、Digital Realtyなどがあり、複数の大陸に施設を運営しています。[ 24 ]
コロケーションセンターでは、顧客、インターネットトランジットプロバイダー、クラウドプロバイダー間のプライベートピアリング接続[ 25 ] [ 26 ] 、顧客を接続するためのミートミールーム[ 27 ]、インターネットエクスチェンジポイント[ 28 ] [ 29 ]、光ファイバー海底通信ケーブルの陸揚げ地点および端末機器[ 30 ]などが設置されていることが多く、これらはインターネット接続に不可欠です[ 31 ] 。
ハイパースケール データセンターは、クラウド サービス、AI トレーニング、大規模データ処理のための大規模でスケーラブルなコンピューティング ワークロードをサポートするように設計された、通常 100メガワットを超える電力容量を持つ大規模施設です。 [ 23 ] [ 19 ] 2024 年末までに、世界中で 1,136 のハイパースケール データセンターが稼働しており、この数字は過去 5 年間で倍増し、米国がハイパースケール容量全体の約 54% を占めています。[ 32 ]特に、 Amazon Web Services、Microsoft Azure、Google Cloud の3 社が、世界のハイパースケール データセンター容量全体の約 59% を占めています。[ 33 ]ハイパースケール データセンターは、成長傾向として、2024 年に世界のデータセンター容量の約 41% を占め、企業のオンプレミス インフラストラクチャが引き続き減少するにつれて、2029 年までに 60% を超えることが予測されています。[ 20 ]さらに、人工知能（AI）が広く利用されるようになるにつれて、AIデータセンターはより急速に建設されており、[ 34 ]従来のデータセンターよりも10万世帯分の電力を消費する可能性があります。[ 35 ] [ 18 ] 2024年以降、 AIデータセンターに対する草の根の反対運動が広く行われています。
エッジデータセンターは、通常1～10メガワットの小規模な施設です。[ 36 ]これらは、ネットワーク遅延を減らし、自動運転車、産業オートメーション、コンテンツ配信などのリアルタイムアプリケーションをサポートするために、エンドユーザーまたはデータソースの近くに配置されます。[19] ハイパースケールデータセンターとは異なり、エッジデータセンターは、都市部、携帯電話基地局、産業施設などに展開され、統合されるのではなく、意図的に多くの場所に分散されます。[ 19 ]エッジコンピューティングインフラストラクチャの成長は、 5Gワイヤレスネットワークの拡大[ 37 ]と、中央データセンターに送信するよりもソースの近くで効率的に処理されるデータを生成するモノのインターネット（IoT）デバイスの使用の増加に関連しています。 [ 19 ] [ 38 ] [ 39 ]
マイクロデータセンター（MDC）は、従来のデータセンターよりも小さいが、同じ機能を提供するアクセスレベルのデータセンターです。[ 40 ]通常はデータソースの近くに設置され、通信遅延を削減します。また、サイズが小さいため、複数のMDCを広いエリアに分散させることができます。[ 41 ] [ 42 ] MDCは、ユーザー向けのフロントエンドアプリケーションに適しています。[ 43 ]エッジコンピューティングや、低遅延のデータ処理が必要なその他の分野でよく使用されます。 [ 44 ]
モジュール性と柔軟性は、データセンターが時間の経過とともに成長し変化することを可能にする重要な要素です。データセンターモジュールは、必要に応じて構成および移動できる、事前に設計された標準化された構成要素です。[ 45 ]
モジュール型データセンターは、輸送用コンテナまたは同様の可搬式コンテナ内に収められたデータセンター機器で構成される場合があります。[ 46 ]データセンターのコンポーネントはプレハブ化され標準化されているため、必要に応じて移動が容易になります。[ 47 ]
これらのモジュール型データセンターは、 IT災害復旧に役立ちます。[ 48 ] [ 49 ]モバイルデータセンターは、データを含むハードウェアを物理的に輸送することで大量のデータを移動するためにも使用され、暗号通貨マイニングでは、より安価なエネルギー源を利用するためにモバイルデータセンターのフリートが輸送されます。[ 24 ]
データセンターの起源は、1940年代の巨大なコンピュータ室にあり、その典型例は電子数値積分計算機（ENIAC）で、これはデータセンターの初期の例の1つです。[ 50 ] [注1 ]初期のコンピュータシステムは、操作と保守が複雑で、特別な環境が必要でした。すべてのコンポーネントを接続するには多くのケーブルが必要で、機器を取り付けるための標準ラック、二重床、ケーブルトレイ（天井または二重床の下に設置）など、これらのケーブルを収容して整理する方法が考案されました。単一のメインフレームには大量の電力が必要で、過熱を防ぐために冷却する必要がありました。セキュリティが重要になりました。コンピュータは高価で、政府や軍事目的で使用されることが多かったためです。[ 50 ] [注2 ]そのため、コンピュータ室へのアクセスを制御するための基本的な設計ガイドラインが考案されました。
1980年代のマイクロコンピュータ産業ブームの間、コンピュータはあらゆる場所に導入され始め、多くの場合、運用要件をほとんど、あるいは全く考慮せずに導入されました。しかし、情報技術（IT）運用が複雑化するにつれて、組織はITリソースを管理する必要性を認識するようになりました。安価なネットワーク機器が入手可能になり、ネットワーク構造化ケーブルの新しい標準が加わったことで、サーバーを社内の特定の部屋に配置する階層的な設計を使用することが可能になりました。特別に設計されたコンピュータ室に適用された「データセンター」という用語は、この頃から広く認知されるようになりました。[ 50 ] [注3 ]
ドットコムバブル期（1997～2000年）には、企業がインターネットプレゼンスを確立するために高速インターネット接続とノンストップ運用を必要としたため、データセンター建設がブームとなりました。[ 51 ]多くの企業がインターネットデータセンター（IDC）と呼ばれる非常に大規模な施設を建設し始めました。 [ 52 ]これにより、クロスオーバーバックアップなどの強化された機能が提供されるようになりました。「Bell Atlanticの回線が切断された場合、 ...に切り替えることで停止時間を最小限に抑えることができます。」[ 52 ]
世界のデータセンター市場は2010年代に着実に成長し、特に後半には著しい加速を見せた。ガートナーによると、世界のデータセンターインフラへの支出は2021年に2000億ドルに達し、 COVID-19パンデミック による経済的課題にもかかわらず、2020年から6%増加した。[ 53 ]
2024年、データセンターからの世界的なエネルギー消費量は620 TWhで、その80%は米国、中国、英国に集中していました。[ 54 ]コロケーションセンターは世界で最も一般的なカテゴリで、127か国に4,799のコロケーションセンターがありました。その年、世界最大のデータセンターは、ネバダ州リノのタホ・リノ工業センターにあるSwitch社所有のCitadelで、720万平方フィートを占めていました。[ 24 ]
データセンター産業の成長は、地域住民の抵抗を引き起こしている。2023年の調査では、ヨーロッパ、米国、南米で同産業に対する社会運動が見られた。これらの運動は、センターのエネルギーと水の使用量、汚染、農業や景観への影響について懸念を表明した。[ 16 ] Politicoによる2026年の世論調査では、同産業の成長に対する抵抗により、米国の有権者にとってデータセンターに関する候補者の立場が重要な問題になると示唆された。[ 55 ]
2024年3月時点で、米国には5,381のデータセンターがあり、これは世界で最も多い数で、2023年には世界市場の40%を占めていました。[ 56 ] [ 57 ] 2023年時点で、米国のデータセンター負荷の約80%は、バージニア州とテキサス州を筆頭とする15の州に集中していました。[ 58 ] 2025年時点で、米国のデータセンターの約3分の1は、バージニア州（643）、テキサス州（395）、カリフォルニア州（319）の3つの州に集中していました。[ 35 ]
世界で最もデータセンターが集中しているのはバージニア州北部で、この地域には250以上の施設があります。[ 33 ] 2025年には、ジョージア州が米国で最も急速に成長しているデータセンターの拠点となり、業界に対するいくつかの州税免除を制定し、州内に100から150のセンターを誘致しました。[ 59 ]地方自治体は、ジョージア州で成長する業界に対応して、これらの施設の許可を指導するためのさまざまな地方条例を制定しました。[ 60 ]
コンサルティング会社のマッキンゼー・アンド・カンパニーは 、米国の電力需要が2022年の17ギガワット（GW）から2030年には35ギガワット（GW）に倍増すると予測した。[ 57 ]電力研究所（EPRI）が2024年5月に発表した調査では、データセンターが2030年までに国内の発電量の4.6%から9.1%を消費する可能性があると推定した。[ 58 ] 2025年には、人工知能のためのデータセンターへの投資がなければ、米国のGDP成長率はわずか0.1%になると推定された。[ 61 ]
データセンターは、重要なコンピューティングリソースを管理された環境内に収容し、一般的に非常に高い可用性で運用する必要があります。主な設計要素には、機器への電力供給、温度と湿度の制御、ケーブル配線、防火対策、セキュリティが含まれます。[ 62 ]
情報セキュリティも重要な懸念事項です。そのため、データセンターはセキュリティ侵害の可能性を最小限に抑える安全な環境を提供する必要があります。
業界調査会社であるインターナショナル・データ・コーポレーション（IDC）は、データセンターの平均年齢を9年としている。[ 63 ]別の調査会社であるガートナーは、7年以上経過したデータセンターは時代遅れだと述べている。[ 64 ]データの増加（2025年までに163ゼタバイト[ 65 ]）は、データセンターの近代化の必要性を高める要因の一つである。
近代化への注目は新しいものではない。データセンター機器の急速な陳腐化は少なくとも2007年には懸念事項であり[ 66 ]、2011年にはUptime Instituteが機器の老朽化を懸念していた[注4 ] 。
電気通信産業協会（TIA）のデータセンター向け電気通信インフラストラクチャ標準[ 67 ]は、シングルテナントのエンタープライズデータセンターやマルチテナントのインターネットホスティングデータセンターを含む、データセンターおよびコンピュータルームの電気通信インフラストラクチャの最小要件を規定しています。この文書で提案されているトポロジは、あらゆる規模のデータセンターに適用することを意図しています。[ 68 ]
Telcordia GR-3160 「電気通信データセンター機器およびスペースに関するNEBS要件」[ 69 ]は、電気通信ネットワーク内のデータセンタースペースに関するガイドラインと、それらのスペースに設置される機器の環境要件を規定しています。これらの基準は、Telcordiaと業界代表者によって共同で策定されました。これらは、データ処理機器またはIT機器を収容するデータセンタースペースに適用できます。機器は以下の用途に使用できます。
バックアップ電源または常時オンサイト電源のいずれかの電源は、1 つ以上の無停電電源装置、バッテリーバンク、ディーゼル、ガスタービン、および/またはガスエンジン発電機セットで構成されます。[ 70 ] [ 71 ]コージェネレーション技術を使用して、オンサイトで発電、暖房、および冷房を行うことで、一次燃料のエネルギー効率をさらに高めることができます。[ 72 ]
単一障害点を防止するため、バックアップシステムを含む電気システムのすべての要素には通常、冗長コピーが用意され、重要なサーバーはA側とB側の両方の電源供給に接続されます。[ 73 ]この構成は、システムでN+1冗長性を実現するためによく行われます。 [ 74 ]静的転送スイッチは、停電時に一方の電源から他方の電源への瞬時の切り替えを保証するために使用されることがあります。[ 75 ]
低電圧ケーブルの配線オプションとしては、オーバーヘッドケーブルトレイを通るデータケーブル配線[ 76 ]、セキュリティ上の理由とラック上の冷却システムの追加コストを回避するための二重床配線、特に低コストのデータセンターにおける床材としての帯電防止タイルなどが挙げられる。
適切な温度と湿度を維持することは、過熱による機器の損傷を防ぐ上で非常に重要です。過熱すると、部品（通常は配線や回路のシリコンや銅）が溶けて、接続不良や火災の危険が生じる可能性があります。一般的な温度制御方法には、空調や間接冷却（外気の使用など）[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] 、間接蒸発冷却装置、海水冷却などがあります。
気流管理とは、高温の排気の再循環を防ぎ、バイパス気流を減らすことでデータセンターの冷却効率を高める手法です。一般的なアプローチとしては、ホットアイル/コールドアイルの封じ込めや、サーバーラックの間に冷却装置を直接配置して排気熱が室内の空気と混ざる前に遮断するインロー冷却ユニットの導入などがあります。[ 80 ]
湿度制御は湿気やそれに関連する問題を防止します。例えば、過剰な湿度はファンブレードやヒートシンクにほこりが付着しやすくし、空気冷却を妨げ、温度上昇につながる可能性があります。[ 81 ]
冷蔵通路の密閉は、機器ラックの背面を露出させ、サーバーの前面をドアやカバーで覆うことで実現されます。これは、大手食品会社が製品を冷蔵・保管する方法と似ています。
コンピュータキャビネットやサーバーファームは、多くの場合、高温通路と低温通路を分離するように配置されています。適切なエアダクトの配置により、冷気と高温の空気が混ざるのを防ぎます。キャビネットの列は互いに向き合うようにペアで配置され、冷気と高温の吸気口および排気口からの空気が混ざらないようにすることで、冷却効率の著しい低下を防ぎます。
あるいは、床下パネルの各種構成により、二重床の通気タイルに向かって効率的な冷気経路を作り出すことができる。冷気通路または温気通路のいずれかを封じ込めることができる。[ 82 ]
別の選択肢としては、キャビネットに垂直排気ダクト煙突を取り付ける方法があります。[ 83 ]高温の排気パイプ/通気口/ダクトは、吊り天井の上にあるプレナム空間に空気を送り込み、冷却ユニットまたは外部通気口に戻すことができます。この構成では、従来の高温/低温通路構成は必要ありません。[ 84 ]
データセンターには、受動的および能動的な設計要素を含む防火システムが備えられており、運用段階では防火プログラムが実施されています。通常、火災を早期に検知するために煙感知器が設置されています。
メインルームでは、回路基板の脆弱性のため、通常は湿式配管システムの使用は認められていませんが、施設内の他の場所や、密閉システムである冷温通路空気循環システムで使用できるシステムがあります。これには、スプリンクラーシステムやミスト噴霧が含まれます。ミスト噴霧は、高圧を使用して非常に小さな水滴を生成するため、水滴の性質上、デリケートな部屋でも使用できます。[ 85 ]
しかし、火災を消火する他の手段もあり、特に敏感な地域では、通常はガス消火剤が使用され、その中でもハロンガスが最も一般的でしたが、その製造と使用による悪影響が発見されました。[ 86 ]
データセンターへの物理的なアクセスは通常制限されています。多層セキュリティは、多くの場合、フェンス、ボラード、マン・トラップから始まります。[ 87 ]データセンターが大規模であったり、機密情報が含まれている場合は、ビデオカメラによる監視と常駐警備員がほぼ必ず配置されています。指紋認証は一般的になりつつあります。[ 88 ]
一部のデータ保護規制ではアクセスログの記録が義務付けられており、一部の組織ではこれをアクセス制御システムと密接に連携させています。メインエントランス、内部の部屋への入り口、機器キャビネットなど、複数のログエントリが発生する可能性があります。キャビネットのアクセス制御はインテリジェントな配電ユニットと統合できるため、ロックは同じ機器を介してネットワーク化されます。[ 89 ]
データセンターの変革は、時間をかけて実施される統合プロジェクトを通じて段階的に進められます。これは、逐次的かつサイロ化されたアプローチをとる従来のデータセンターアップグレードの方法とは異なります。[ 90 ]データセンター変革イニシアチブにおける典型的なプロジェクトには、標準化/統合、仮想化、自動化、セキュリティなどがあります。
データセンターの統合は、データセンターの数を減らすこと[ 91 ] [ 92 ]と、サーバーの乱立（物理的および仮想的両方）を回避すること[ 93 ]から成り、多くの場合、老朽化したデータセンター機器の交換が含まれます。このプロセスは標準化によって促進され、これらのシステムは統一された一連の構成に従うことで簡素化され、効率が向上します[ 92 ] 。プロビジョニング、構成、パッチ適用、リリース管理、コンプライアンスなどのタスクを自動化することも、データセンターをアップグレードする方法です。これらの変更は、熟練したITワーカーが少ない場合だけでなく、常に必要です[ 94 ]。最後に、セキュリティイニシアチブは、仮想システムの保護を物理インフラストラクチャの既存のセキュリティと統合します[ 95 ] 。
最初の二重床コンピュータ室は、配線作業を容易にするために1956年にIBMによって作られました。 [ 96 ] 1970年代には、二重床は冷気をより効率的に循環させることができるため、より一般的になりました。[ 97 ]二重床の標準ガイド（GR-2930）は、エリクソンの子会社であるテルコーディア・テクノロジーズによって開発されました。[ 98 ]
「ライトアウト」[ 99 ]データセンターは、ダークデータセンターまたはダークデータセンターとも呼ばれ、特別な状況を除き、人員による直接アクセスをほぼ不要にしたデータセンターです。スタッフがデータセンターに入る必要がないため、照明なしで運用できます。すべてのデバイスはリモートシステムによってアクセスおよび管理され、自動化プログラムを使用して無人操作が実行されます。ライトアウトデータセンターを導入すると、エネルギーの節約、人員コストの削減、人口密集地から離れた場所にサイトを配置できることに加えて、インフラストラクチャに対する悪意のある攻撃の脅威も軽減されます。[ 100 ] [ 101 ]
一般的に、地方自治体はデータセンターの騒音レベルを「最寄りの住宅の既存の夜間背景騒音レベルより10 dB低い」ことを好む。[ 102 ]
労働安全衛生局（OSHA）の規制では、データセンター内の騒音が85デシベルを超える場合、騒音レベルの監視が義務付けられています。[ 103 ]データセンターのサーバーエリアの平均騒音レベルは、92～96 dB(A)に達することがあります。[ 104 ]
データセンターの近くに住む住民は、その音を「24時間365日続く甲高い唸り音」と表現し、「まるで滑走路で飛行機のエンジンがずっと動いているようなものだ…ただし、飛行機はアイドリング状態のままで、決して離陸しない」と述べている。[ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]
外部騒音源には、HVAC（暖房、換気、空調）機器や発電機などがあります。[ 109 ] [ 110 ]
立地条件には、電力網、通信インフラ、ネットワークサービス、輸送路線、緊急サービスへの近接性が含まれます。その他の考慮事項としては、飛行経路、近隣の電力消費、地質学的リスク、気候（冷却コストに関連）などが挙げられます。[ 111 ]
データセンターの立地場所を決める際には、補助金の有無や反対意見の有無といった地元の政治的な考慮事項も重要な要素となる。[ 24 ]
データセンターの稼働率が95%を超えた場合に得られるデータ可用性を測定するためのさまざまな指標が存在し、その最高値は99%の後にいくつの9が並ぶかを数えるものです。[ 112 ]ダウンタイムを回避するコストは、ダウンタイム自体のコストを超えてはなりません。[ 113 ]
動的インフラストラクチャ[ 114 ]は、データセンター[ 115 ]内でワークロードをいつでもどこでもインテリジェント、自動的、かつ安全に移動させる機能を提供し、移行、プロビジョニング[ 116 ] 、パフォーマンスの向上、またはコロケーション施設の構築を可能にします。また、中断を最小限に抑えながら、物理システムまたは仮想システムのルーチンメンテナンスの実行を容易にします。関連する概念として、コンポーザブルインフラストラクチャがあり、必要なときにのみ、ニーズに合わせて利用可能なリソースを動的に再構成できます。[ 117 ]
副次的効果としては以下のようなものがあります。
現代のデータセンターにおける通信は、ほとんどの場合、インターネットプロトコルスイートを実行するネットワークに基づいています。データセンターには、サーバー間および外部世界へのトラフィックを転送するルーターとスイッチのセットが含まれており、 [ 119 ]これらはデータセンターのネットワークアーキテクチャに従って接続されています。インターネット接続の冗長性は、多くの場合、2 つ以上のアップストリームサービスプロバイダを使用することによって提供されます (マルチホーミングを参照)。
データセンターにあるサーバーの中には、組織内の内部ユーザーが必要とする基本的なインターネットおよびイントラネットサービスを実行するために使用されるものがあり、例えば、電子メールサーバー、プロキシサーバー、DNSサーバーなどが挙げられる。
ネットワークセキュリティ要素も通常導入されます。ファイアウォール、VPNゲートウェイ、侵入検知システムなどです。ネットワークや一部のアプリケーションを監視するシステムも一般的です。データセンター内の通信障害に備え、外部監視システムも設置されるのが一般的です。
データセンターにとって、エネルギー消費とそれが引き起こす環境への影響は中心的な課題です。[ 121 ] [ 122 ]消費電力は、小型サーバーラックの数キロワット（kW）から、大規模施設の数十メガワット（MW）まで幅広くあります。最新のハイパースケールデータセンターは、継続的なデジタルワークロードを管理するために必要なサーバーと冷却システムの高密度化により、従来のオフィスビルの100倍を超える電力密度を示すことがあります。[ 123 ]電力密度が高い施設では、電気料金が主要な運用費用となり、データセンターの総所有コスト（TCO）の10%以上を占めます。 [ 124 ]
2024年現在、米国のデータセンターは主に天然ガスで稼働しており、電力の40%を天然ガスが供給しています（再生可能エネルギーが24%、原子力が約20%、石炭が約15%）。[ 125 ] AP通信は、米国のAIデータセンターの電力は天然ガスまたは石油から供給される可能性が高いと報じました。これは、企業が主に化石燃料を使用する現在利用可能な発電所を使用することを好むためです。化石エネルギーは、データセンターが開発されている場所では安価であることが多く、専門家は、生成型AIとデータセンターのエネルギー需要を再生可能エネルギーだけで満たすのは難しいと考えています。Google、Amazon、Metaなどの一部の企業は、データセンターに原子力発電を使用することに関心を示しています。 [ 126 ] IEAによると、2020年現在、太陽光発電による電力は史上最低価格となっています。[ 127 ] xAI のColossus、OpenAI のStargate、Meta の Prometheus など、他のデータセンターは独自のオフグリッド天然ガス発電所を使用しています。[ 128 ] [ 129 ] Colossus を含むデータセンターの電力供給には、電気自動車やリチウムイオン電池も使用されています。[ 130 ] [ 131 ]
電力会社は新しいデータセンターの需要に対応するためにインフラをアップグレードしており、これらの変更のコストは通常、住宅用または小規模商業用消費者に転嫁されます。[ 125 ] [ 126 ] [ 14 ] 2025年、マウンテンバレーパイプラインは、データセンターのエネルギー需要を満たすために容量を25%拡張する計画を発表しました。[ 33 ]
2025 年 12 月、連邦エネルギー規制委員会(FERC) は、米国のデータ センターが発電所と直接接続することを許可する全会一致の命令を発表しました。[ 132 ]米国エネルギー長官のクリス・ライト氏は、AI データ センターに電力を供給するために石炭火力発電所を復活させることを支持すると表明しました。[ 133 ] AI データ センターからの電力需要により、米国のピーク時発電所の廃止が遅れたり、逆転したりしています。 [ 134 ]例えば、2025 年にサザン カンパニーは、データ センターからのエネルギー使用により、同社が以前に約束していた石炭火力発電所の廃止ができなくなると発表しました。[ 33 ]ネバダ州では、デザート リサーチ インスティテュート(DRI) が、2026 年時点で州内で計画されているすべてのプロジェクトが完了した場合、2030 年までに州のエネルギー生産の 35% がデータ センターに供給される可能性があると計算しました。[ 135 ] DRIはまた、データセンターが集積している地域では、インフラ拡張の追加コストを地元の消費者が負担することになる可能性があると述べた。[ 135 ]
米国環境保護庁（EPA）によると、2024年にはデータセンターが世界の電力消費量の約1.5%（約415 TWh）と温室効果ガス排出量の約1%を占めると推定されている。 [ 136 ]しかし、急速な拡大により予測値は急激に上昇している。AIからの需要加速により、IEAの基本シナリオでは、データセンターの世界の電力消費量は2030年までに約945 TWhと2倍以上に増加すると予測されており、これは2030年の世界の総電力消費量の3%弱に相当する。[ 137 ]この増加する電力需要は、その多くが依然として化石燃料によって発電されており、環境への影響の可能性を高めている。[ 138 ]運用エネルギー需要に加えて、施設やハードウェアの建設に使用される材料の採掘、製造、輸送、リサイクルまたは廃棄を含むライフサイクル排出量も考慮する必要がある。[ 139 ]
世界のデータセンターの二酸化炭素排出量は、2024年の推定2億2000万トンから 2035年には3億～3億2000万トンに増加すると予測されている。 [ 140 ] 2024年には、GoogleとMicrosoftはそれぞれ100カ国以上の電力消費量を上回る電力を消費した。[ 141 ]その結果、脱炭素化に対する業界の圧力が高まっている。企業は、2030年までにカーボンニュートラルになることを誓約したTencent [ 142 ]や、 AIデータセンターの電力の100%を20年間供給するためにスリーマイル島原子力発電所を再稼働させるというMicrosoftの2024年の合意[ 143 ]など、直接的なクリーンエネルギー契約を追求している。
データセンターで最も一般的に使用されるエネルギー効率指標は、電力使用効率（PUE）であり、これはデータセンターに入力される総電力をIT機器が使用する電力で割った比率として計算されます。
PUEは、天井機器（冷却、照明など）が使用する電力の割合を測定します。米国の平均的なデータセンターのPUEは2.0です[ 144 ]。これは、IT機器に供給される1ワットに対して、総電力（天井＋IT機器）が2ワットであることを意味します。最先端のデータセンターのPUEはおよそ1.2と推定されています[ 145 ]。Googleは、稼働中のデータセンターの四半期ごとの効率指標を公開しています[ 146 ]。2相浸漬冷却により、1.01という低いPUEが達成されています[ 147 ]。
EPAは、スタンドアロンまたは大規模データセンター向けのEnergy Starレーティングを設けています。エコラベルの資格を得るには、データセンターは報告されたすべての施設の中でエネルギー効率が上位 25% 以内である必要があります。[ 148 ] 2015 年エネルギー効率改善法 (米国) は、データセンターを含む連邦施設に、より効率的に運用することを義務付けています。カリフォルニア州法典第 24 編(2014 年) では、新しく建設されるすべてのデータセンターは、エネルギー効率を最適化するために何らかの気流封じ込め設備を備えている必要があると規定しています。[ 149 ] [ 150 ]
欧州連合（EU）にも同様の取り組みがあります。EUデータセンター行動規範です。[ 151 ]
効率改善と再生可能エネルギーの統合により、一部の排出量は相殺されているが、化石燃料は世界中のデータセンターの運用において依然として主要な電力源となっている。[ 152 ]
2011 年、データセンターのサーバーラックは 25 kW を超える電力に対応するように設計されており 、一般的なサーバーは消費電力の約 30% を無駄にしていると推定されていました。情報ストレージシステムのエネルギー需要も増加しています。高可用性データセンターは 1 MW の電力需要があり、耐用年数 全体で 2,000 万ドルの電力を消費すると推定されており、冷却はデータセンターの総所有コストの 35% ～ 45% を占めています。計算によると、2 年間でサーバーの電力と冷却のコストはサーバーハードウェアの購入コストと同等になる可能性があります。[ 153 ] 2018 年の研究では、IT の更新レートを最適化し、サーバーの使用を増やすことで、かなりの量のエネルギーを節約できることが示されました。[ 154 ]タスクスケジューリングの最適化に関する研究も進行中で、研究者はエネルギー消費を6% ～ 44%削減できるエネルギー効率の高いスケジューリングアルゴリズムの実装を目指しています。[ 155 ]
2011年、Facebook、Rackspaceなどが、より環境に優しいデータセンターコンピューティング技術のためのオープンスタンダードを開発および公開するために、 Open Compute Project（OCP）を設立しました。プロジェクトの一環として、Facebookは、プライムビルにある最初の専用データセンター用に構築したサーバーの設計を公開しました。サーバーを高くすることで、より効果的なヒートシンクのためのスペースが確保され、より少ないエネルギーでより多くの空気を移動できるファンを使用できるようになりました。市販の既製サーバーを購入しないことで、マザーボード上の不要な拡張スロットや、グラフィックカードなどの不要なコンポーネントによるエネルギー消費も節約されました。[ 156 ] 2016年、Googleはプロジェクトに参加し、48V DCの浅型データセンターラックの設計を公開しました。この設計は、Googleのデータセンターで長年使用されていました。データセンターで通常使用される複数の変圧器を排除することで、Googleはエネルギー効率を30%向上させました。[ 157 ] 2017年には、OCP設計に基づいて構築されたデータセンターハードウェアの売上高が12億ドルを超え、 2021年までに 60億ドルに達すると予想されている。[ 156 ]
電力は、データセンターの利用者にとって最大の継続的なコストです。[ 158 ] 2008年にASHRAEは、 64.4 °F（18.0 °C）から80.6 °F（27.0 °C）の温度範囲を推奨しましたが、一部のデータセンターはより高い温度で動作する可能性があります。[ 159 ]しかし、 70 °F（21 °C）以下で冷却すると、お金とエネルギーが無駄になります。[ 160 ] [ 161 ]さらに、相対湿度が高い環境で機器を過冷却すると、機器が大量の水分にさらされ、回路内の導電性フィラメントに塩の堆積物が成長しやすくなります。[ 162 ]
電力および冷却分析（熱評価とも呼ばれる）は、特定のエリアの相対温度と、特定の周囲温度を処理する冷却システムの能力を測定します。[ 163 ]電力および冷却分析は、ホットスポット、より高い電力使用密度を処理できる過冷却エリア、機器負荷のブレークポイント、二重床戦略の有効性、データセンター全体の温度を均衡させるための最適な機器配置（ACユニットなど）を特定するのに役立ちます。電力冷却密度は、センターが最大容量で冷却できる面積の尺度です。[ 164 ]データセンターの冷却は、サーバーに次いで2番目に大きな電力消費源であり、冷却はエネルギー使用量の約7%から30%（効率による）を占めますが、サーバーが使用するエネルギーの平均60%と比較すると、その差は歴然です。[ 35 ]
エネルギー効率分析では、データセンターのIT機器と設備機器のエネルギー使用量を測定します。一般的なエネルギー効率分析では、データセンターの電力使用効率（PUE）を業界標準と比較したり、非効率な機械的および電気的な原因を特定したり、空気管理の指標を特定したりするなどの要素を測定します。[ 165 ]しかし、現在のほとんどの指標とアプローチの限界は、分析にITが含まれていないことです。ケーススタディでは、データセンターのエネルギー効率に包括的に取り組むことで、そうでなければ不可能な大きな効率化が達成できることが示されています。[ 166 ]
計算流体力学(CFD) 解析は、高度なツールと技術を使用して、各データセンターに存在する固有の熱条件を理解し、数値モデリングを使用してデータセンターの温度、気流、圧力の挙動を予測して、パフォーマンスとエネルギー消費を評価します。[ 167 ]これらの環境条件の影響を予測することで、CFD 解析は、高密度ラックと低密度ラックの混在の影響[ 168 ]や、冷却リソース、不適切なインフラストラクチャ管理慣行、および定期メンテナンスのための AC の故障または停止への影響を予測するために使用できます。
熱ゾーンマッピングは、センサーとコンピューターモデリングを使用して、データセンター内の高温ゾーンと低温ゾーンの3次元画像を作成します。[ 169 ]この情報は、データセンター機器の最適な配置を特定するのに役立ちます。たとえば、重要なサーバーは、冗長なエアコンユニットによってサービスされる低温ゾーンに配置される可能性があります。
データセンターは大量の電力を消費し、その主な用途は機器の稼働に必要な電力と機器の冷却に必要な電力の2つです。[ 35 ]電力効率は最初のカテゴリの消費量を削減します。
自然な方法で冷却コストを削減するには、場所の決定が含まれます。良好な光ファイバー接続、電力網接続、機器管理のための人の集中を避けることに重点を置くと、データセンターはユーザーから何マイルも離れた場所に設置できます。Google や Facebook のような大規模データセンターは、人口密集地の近くに設置する必要はありません。冷却を提供する外気を利用できる北極圏の場所が人気を集めています。[ 170 ]カナダ[ 171 ]、フィンランド[ 172 ]、スウェーデン[ 173 ] 、ノルウェー[ 174 ]、スイス[ 175 ]などの好条件の国は、クラウドコンピューティングデータセンターを誘致しようとしています。
シンガポールは2022年4月に新規データセンターの3年間の禁止を解除した。アジア太平洋地域の主要データセンターハブであるシンガポールは、2022年に新規データセンタープロジェクトの一時停止を解除し、4つの新規プロジェクトを承認したが、受け取った20件以上のデータセンター申請のうち16件以上を却下した。シンガポールの新しいデータセンターは、「水使用効率（WUE）2.0/MWh、電力使用効率（PUE）1.3未満」などの非常に厳格なグリーンテクノロジー基準を満たし、脱炭素化と水素セルまたはソーラーパネルの使用を明確に扱った「シンガポールのBCA-IMDAグリーンマーク新規データセンターのプラチナ認証」基準を取得している。[ 177 ] [ 178 ] [ 179 ] [ 180 ]
空冷式データセンターから発生する熱を再利用することは非常に困難です。そのため、データセンターのインフラストラクチャにはヒートポンプが設置されていることが多いのです。[ 181 ]
人工知能（AI）と高性能コンピューティングワークロードの急速な成長により、データセンターの電力インフラ、特に電力の信頼性、導入スケジュール、エネルギーコスト、脱炭素化目標の関係に注目が集まっています。業界の出版物では、技術、燃料の入手可能性、グリッド容量、経済状況の変化に応じて、低炭素エネルギーシステムへの道筋を維持しながら、オペレーターが電力容量を迅速に展開できるようにする段階的なインフラ開発アプローチについて説明しています。[ 182 ] [ 183 ]
最近の業界議論では、データセンター開発において「電力供給までのスピード」が重要な考慮事項として強調されており、これは、ますます短縮されるプロジェクト期間の中で、電力容量と強靭な電力システムを確保することの重要性が高まっていることを反映している。
モルガン・スタンレーは、ハイテク企業がAIコンピューティング能力を生み出すために競争する中で、2028年までに最大3兆ドルを新しいデータセンターの建設と設備に投資すると予測している。 [ 184 ]
2020年代には、データセンター建設の急速な成長により、税制優遇措置、電力網、水資源、気候変動対策に関する政策論争が巻き起こった。[ 185 ] [ 19 ]
2024年までに、少なくとも36の米国の州が、データセンター投資を誘致することを目的とした特定の税制優遇措置を導入しており、その多くはサーバー、ネットワーク機器、電気に対する売上税の免除という形をとっている。 [ 186 ]バージニア州は米国で最もデータセンターが集中している州であり、[ 35 ] 2024年12月に同州の合同立法監査審査委員会（JLARC）が行った監査では、この業界の年間貢献額は約74,000人の雇用と91 億ドルの州総生産 とされている。監査報告書によると、州の売上税および使用税の免除は事業者の約90%が申請しており、 2023会計年度の州の歳入は推定9億2,800万ドル減少した。[ 185 ]そのため、JLARCは、免除を終了すればバージニア州の新規データセンター投資のシェアが縮小する可能性が高いと結論付けた。[ 185 ]
経済学者たちは、こうしたインセンティブの有効性についてより広く議論してきた。Journal of Economic Perspectives (JEP) に掲載されたレビューでは、米国の州および地方の企業税優遇措置は 1990 年代以降約 3 倍に増加し、 年間約 300 億ドルに達しているが、企業固有のインセンティブが州または地方レベルでのより広範な経済成長を促進するという強い証拠はないと報告している。[ 187 ]さらに、アップジョン研究所のティモシー・バーティックによる研究では、経済開発インセンティブが企業の立地決定を変えるのはわずか 2% ～ 25% のケースに過ぎないと推定している。[ 188 ] [ 185 ]
税制優遇政策への対応として、いくつかの管轄区域がデータセンターに対する優遇措置の見直しを開始した。2024年、ジョージア州議会は州のデータセンター売上税免除を廃止する法案を可決した。しかし、この法案は最終的にブライアン・ケンプ知事によって拒否権が行使された。[ 189 ]また、2026年には、バージニア州上院が、より広範な予算交渉の一環として、州のデータセンター売上税免除を段階的に廃止することを28対12で可決した。[ 190 ]
ほとんどの大規模データセンターはサーバーの蒸発冷却に水を使用しており、その使用量がますます精査されるようになっている。npj Clean Waterの 2021 年の調査では、米国のデータセンターが直接消費する 水は 1 日あたり約 17 億リットルで、そのうち最大 57% が飲料水供給源から供給されていると推定され、当時、オペレーターの 3 分の 1 未満しか水の使用量を測定していなかったと指摘されている。[ 15 ] Environmental Research Lettersに掲載された別の調査では、米国のデータセンターによる直接的な水使用量の約 5 分の 1 が中程度または高度に水ストレスを受けている流域から供給されており、国内のサーバーのほぼ半分が水ストレス地域から供給される電力で稼働していることが判明した。[ 191 ] 2024 年のバークレー研究所のレポートによると、米国のデータセンターは約 170 億ガロンの水を使用していた。同報告書では、ハイパースケールデータセンターが 2028年までに年間160億～330億ガロンの水を使用すると予測している。[ 35 ]
バージニア州では、2024年12月のJLARC監査報告書によると、州内のデータセンターは 2023年に約21億ガロンの水を消費し、2019年より86%増加しており、その約3分の1は飲料水ではなく再生水から供給されていた。監査では、地方自治体がデータセンターの許可プロセスの一環として水使用量の見積もりを要求する権限を持つべきだと勧告した。[ 185 ]
データセンター運営者に水消費量の開示を義務付ける米国の連邦基準はなく、施設レベルのデータへのアクセスは、ホスト自治体との秘密保持契約（NDA）によって制限されることが多い。2022年、オレゴン州ザ・ダルズ市は、オレゴニアン紙が起こした公文書訴訟で和解し、その後、Googleはサイトレベルの水使用量を企業秘密として扱う全国的な慣行を終了した。[ 192 ] 2025年には、バージニア州、カリフォルニア州、ニュージャージー州など、いくつかの州がデータセンターに水使用量の開示を義務付ける法案を検討したが、いずれもその年の州知事によって拒否された。[ 193 ]
2020年代のデータセンターの電力需要の増加は、送電網の容量、送電計画、新しいインフラのコストを顧客間でどのように配分すべきかといった規制上の議論を引き起こしました。米国議会の要請で作成された、2024年のローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）による米国のデータセンターのエネルギー使用に関する報告書では、データセンターが2023年の国内電力消費の約4.4%を占め、成長シナリオに応じて2028年までに6.7%から12%に上昇すると予測されています。[ 194 ] 2025年には、IEAは、2030年までの米国の新規電力需要増加のほぼ半分をデータセンターが占めると予測しました。[ 19 ]
米国の連邦政府指定電力信頼性機関である北米電力信頼性評議会（NERC）は、 2024年の長期信頼性評価において、予測される需要増加の最大の要因としてデータセンターを特定した。さらに、NERCは2024年7月にPJMインターコネクション地域で発生した電圧変動を記録しており、約60の施設で約1,500メガワットのデータセンター負荷が同時に遮断された。 [ 195 ]
この需要を満たすコストをどのように分担するかも、中心的な政策課題となっている。2024年のJLARC監査では、料金体系の設計方法に変更がない場合、データセンター主導の送電網投資により、Dominion Energy Virginiaの一般家庭の顧客の電気料金が2040年までに月額14ドルから37ドル上昇する可能性があると推定した。そのため、同報告書は大規模データセンター向けに別の顧客料金区分を設けることを推奨した。[ 185 ]一部の研究者は、需要予測の解釈には注意が必要だと訴えている。さらに、2024年の学術誌Jouleの論説では、将来のデータセンターの電力使用量に関する公的な推定値は大きく異なり、電力会社はこれまで負荷増加を過大に予測してきたと主張し、実際の施設レベルの消費に関するより透明性の高いデータを求めている。[ 196 ]
データセンターの増加に伴い、事業者が表明している再生可能エネルギーへの取り組みが、より広範な気候目標と整合しているかどうかという疑問が生じている。多くの大手事業者は、再生可能エネルギー証書（REC）の年間購入や、年間総消費量を再生可能エネルギー発電量で相殺することによって、電力関連の排出目標を達成していると報告している。2022年にNature Climate Change誌に掲載された研究では、科学的根拠に基づく目標を設定している115社を分析した。その結果、RECに基づく主張を除外すると、報告されているスコープ2排出削減量の約42%が消失することが判明した。これは、企業の気候変動対策の進捗状況の一部が、実際の送電網排出量の削減ではなく、会計上の選択を反映していることを直接的に示唆している。[ 197 ]
これに対し、一部の事業者や研究者は、24時間365日のカーボンフリーエネルギーマッチングを提案している。このアプローチでは、施設の電力使用の毎時間、同じ地域の送電網上のカーボンフリー発電とマッチングする必要がある。2024年のジュール研究では、このアイデアをモデル化した。著者らは、現在の米国の政策の下では、年間または体積のマッチングでは送電網の排出量削減にはほとんど効果がないことを発見した。24時間365日毎時間のマッチングはより多くの削減効果があったが、メガワット時あたり約13ドルから30ドル多くかかった。[ 198 ]
データセンターの拡張と企業の気候目標との間の緊張関係は、事業者自身の情報開示にも表れている。2024年、Googleは、温室効果ガス排出量が2019年以降約48%増加したと報告し、その増加の大部分はAIワークロードに関連するデータセンターの電力使用によるものだとしている。[ 199 ]同様に、Microsoftは2024年に、排出量が2020年以降約29%増加したと報告し、新しいデータセンターの建設と運用を挙げている。[ 200 ]さらに、IEAは2025年に、世界のデータセンターの二酸化炭素排出量は2030年までに約3億2000万トンでピークに達し、その後2035年までわずかに減少する可能性があると予測しており、その推移は新しい施設に供給される電力の炭素強度に大きく左右される。[ 19 ]
データセンターは地域の生態系、政治、公益事業インフラに大きな影響を与えます。[ 24 ] [ 16 ] CITとUCリバーサイドのレポートによると、2030年までにデータセンターは2,000万ドルの医療費と1,300人の早期死亡につながる可能性があるとされています。[ 201 ]税制優遇、土地取引、政府補助金などの政治的および経済的インセンティブは、これらのインセンティブが利用可能な地域でデータセンターの成長を促進します。[ 24 ]データセンターは農村地域によく設置され、農業を奪う可能性があります。[ 202 ]
データセンター産業の成長は、特に膨大なエネルギーと水の需要に関して、環境への影響についての議論を数多く引き起こしました。サプライチェーン、排出物、電子廃棄物も地球規模で大きな影響を与え、これらの負担を負うことが多い社会的弱者コミュニティに対する環境的不公正の問題を提起しています。[ 24 ]複数の研究と専門家は、データセンターが受け取る税制優遇措置に見合うだけの高給の雇用を地域社会にもたらしていないことを発見しました。[ 203 ]
AIデータセンターの急速な拡大は、特に干ばつが発生しやすい地域での水消費量に関して重大な懸念を引き起こしています。IEAによると、100メガワットのデータセンター1つは、1日あたり2400MWhの電力を使用し、1日あたり最大2,000,000リットル（530,000 USガロン）の水を使用する可能性があります。電力使用量は米国の60,000～120,000世帯に相当し[ 204 ]、水使用量は約6,500世帯に相当します[ 205 ] [ 206 ] 。水の使用量は、オンサイト（データセンターからの直接使用）、オフサイト（電力からの間接使用）、サプライチェーン（製造プロセスからの水使用）の3つのカテゴリに分類できます[ 207 ] 。
オンサイトでの水の使用とは、データセンターが機器の冷却のために直接消費する水のことです。[ 207 ]水は特に、空間の加湿（空気に水分を加える）、蒸発冷却システム（サーバー室に入る前に空気を冷却する）[ 205 ]、および冷却塔（施設から熱を除去する）[ 208 ]に使用されます。
オフサイト水使用とは、データセンターで発電される電力による間接的な水使用のことです。米国のデータセンターの電力の56%は、蒸気を使って発電する火力発電所の化石燃料から供給されていると推定されています。[ 209 ]
最後に、データセンターはAIチップとサーバーの製造プロセスを通じて水を消費します。特にこれらのチップは、半導体工場の製造と冷却のために膨大な量の超純水を消費します。[ 207 ]この範囲の水の使用は、オンサイトおよびオフサイトの水の使用ほど重要ではありませんが、それでも寄与要因です。
世界的に見ると、2022年以降、新しいデータセンターの3分の2以上が、テキサス、アリゾナ、サウジアラビア、インドなど、淡水不足がすでに深刻な問題となっている水不足地域に建設されています。データセンターの世界的な水フットプリントは年間5600億リットル（150 × 10 ^ 9 USガロン）と推定されており、 AI需要の増加により、この数値は2030年までに倍増すると予測されています。[ 210 ] [ 211 ]
スペインのアラゴン州のような地域では、アマゾンが計画しているデータセンターは年間755,720立方メートル（612.67エーカーフィート）の取水許可を得ており、同じ枯渇しつつある水源に頼っている農家との間で紛争が起こっている。同様の緊張はチリ[ 212 ]、オランダ[ 213 ]、ウルグアイでも発生しており、これらの地域では地域社会がテクノロジーインフラのための水転用に対して抗議している[ 210 ] 。
マイクロソフト、グーグル、アマゾンなどのテクノロジー企業は、2030年までに「水プラス」になることを誓約し、消費する水よりも多くの水を補充することを目指している。しかし、批判者たちは、こうした取り組みはしばしば水オフセットに依存しており、深刻な地域的な水不足には対処していないと主張している。[ 210 ]
データセンター連合の業界団体は、データセンターは効率的な水使用者であり、年間の90%は空冷を使用し、最も暑い日には水冷に切り替えることが多いと主張し、データセンターが大量の水を消費するというイメージを否定している。[ 214 ]
少なくとも59のデータセンターが2028年までに水不足の米国地域に計画されており、AIの世界的水需要は2027年までに66億立方メートル（1,700 × 10 ^ 9 USガロン）に達すると予測されている。アリゾナ州立大学の水政策専門家キャスリン・ソレンセンは、データセンターの建設に疑問を呈し、「税収の増加と比較的わずかな雇用数に見合うだけの水があるのか？」と問いかけた。[ 215 ] [ 216 ] [ 211 ]
データセンターは、デジタル変革とAIの需要を満たすために、サーバー、GPU、CPU、メモリ、ストレージデバイスなどのハードウェアを2～5年ごとに頻繁に交換するため、大量の電子廃棄物（e- waste）を発生させます。 [ 217 ]世界全体では、2022年にe-wasteの総量は6,200万トンに達し、生成型AIは 2030年までに年間120万～500万トンのe-wasteを発生させると予測されており、銅や金などの貴金属、鉛や水銀などの有害物質が含まれます。[ 217 ]米国では、データセンターは、 廃棄されたe-wasteの価値で年間100億ドルの損失をもたらしており、そのうち40 億ドルは貴金属です。世界のe-wasteのうち、正式に収集およびリサイクルされているのはわずか22%であり、非公式の処理施設、多くの場合、輸出された廃棄物が処理される発展途上国で、環境汚染と健康リスクを悪化させています。[ 217 ] [ 218 ]政治生態学の観点から見ると、データセンターの電子廃棄物は、資源管理と環境正義における権力の不均衡を浮き彫りにしています。テクノロジー企業は税制優遇措置から利益を得ている一方で、有害物質の輸出や埋立地の負担を通じて、そのコストを社会的に弱い立場にあるコミュニティに転嫁しています。[ 219 ]これは、金属などの共有資源が公平なガバナンスなしに枯渇するコモンズに関する議論と関連しています。緩和戦略には、モジュール式のハードウェア設計、再利用のための安全なデータ消去、最適化されたシナリオで廃棄物を最大 86% 削減するための拡大生産者責任政策が含まれます。[ 217 ]
2025年のエネルギーモデルによると、米国では2030年までにエネルギー価格が全国的に8%上昇する可能性がある。[ 220 ]電気料金の上昇は、すでに一部の地域で発生しており、[ 221 ]特にカリフォルニア州サンタクララ[ 222 ]やニューヨーク州北部の一部[ 223 ]など、データセンターが多い地域で顕著である。データセンターは、バージニア州北部でも、将来の送電線の費用を住民が負担しなければならないのではないかという懸念を引き起こしている。[ 224 ]また、ロンドンでの住宅開発も難しくなっている。[ 225 ]バンク・オブ・アメリカ・インスティテュートが2024年7月に発表した報告書では、AIによる電力需要の増加が電気料金の上昇を招き、電気料金インフレの大きな要因となっていることが明らかになった。[ 226 ] [ 227 ] [ 228 ] 2025 年 3 月に発表されたハーバード大学ロースクールの報告書によると、電力会社は大手テクノロジー企業からデータセンターの契約を獲得するためにますます競争を繰り広げており、アメリカの消費者のコストを引き上げることで、これらの兆ドル規模の企業への補助金を電力価格に隠している可能性が高いという。[ 229 ]
データセンター連合という業界団体によると、すべての電力会社が料金を値上げしているわけではなく、インディアナ州やジョージア州などでは、データセンターの収益を理由に電力料金を引き下げたり、据え置いたりしているところもあるという。[ 214 ]
データセンターは、技術インフラにおける権力、政治、環境変化の交点を探る政治生態学の視点から分析されることが増えている。 [ 230 ]研究者らは、これらの施設は、疎外された地域やポスト工業地帯に存在することで都市や農村の景観を再構築し、多くの場合、放棄された場所を再利用しながら、雇用創出や税収を通じて経済の活性化を約束していると主張している。[ 230 ]例えば、オレゴン州プライムビルやスウェーデンのルレオのような地方都市にあるハイパースケールデータセンターは、従来の中心部と周辺部の力学に挑戦しているが、デジタルアクセスと資源分配における世界的な不平等を悪化させる可能性がある。[ 230 ]デジタル変革の文脈では、データセンターはクラウドコンピューティング、AI、機械学習の拡大を可能にするが、重大な生態学的および社会的コストを伴う。[ 231 ]科学技術研究(STS)の批評家は、マイクロソフトやグーグルなどの企業のカーボンニュートラル目標といった企業の持続可能性に関する誓約が、社会的および環境的害を引き起こしながら利益を私有化するオフセットや再生可能エネルギー補助金に依存していることが多いと指摘している。[ 231 ]これはコモンズに関する議論と関連しており、データセンターによる公共資源 (電力網や水道など) の集中的な使用は囲い込みを表し、テクノロジー企業は地域社会を犠牲にして税制優遇や優先的なアクセスを受けている。[ 231 ]
データセンターによって生み出される雇用は、一時的なものか、数が少ない傾向があります。[ 232 ] [ 233 ] [ 234 ]ある研究では、データセンターによって可能になる生産性の向上は、外部への甚大な損害の数倍にもなることがわかりました。[ 235 ]
2026年には、データセンターが組織犯罪の標的になりつつあり、泥棒が建設現場から銅やデータセンター機器を盗み、闇市場で販売していると報じられた。2026年7月、イリノイ州の当局は、アラバマ州、フロリダ州、ウィスコンシン州での窃盗事件に関連する130万ドル相当の盗難機器を積んだ2台のトレーラーを回収した。[ 236 ] [ 237 ] [ 238 ] [ 239 ]
データセンターに対する社会運動は、業界の成長に関する議論を形成し、データセンターがもたらす問題に対する一般の認識を高め、公共政策に影響を与える可能性がある。[ 16 ]新しいデータセンター計画に反対するグループは、デジタルインフラが「他の場所に拠点を置く主体や機関の利益のために」地域の資源を搾取していることに懸念を表明している。これは、施設で処理されるデータが他国の主体に属しているにもかかわらず、地元の人々が水やエネルギーの使用の負担を負う場合に起こり得る。[ 16 ]
米国では、データセンター開発に対する超党派の[ 240 ] [ 241 ]地域住民の抵抗が強まっており、住民は水不足、光熱費の高騰、騒音公害、都市のスプロール現象について懸念を表明している。[ 242 ] [ 243 ]米国の農村部の施設は、地域住民の抵抗の焦点となっている。[ 244 ] Data Center Watchは、 2024年5月から2025年3月の間に総額640億ドル相当の複数のプロジェクトが中止または延期されたと報告している。 [ 245 ]さらに、2025年3月から6月の間に980億ドル相当 のプロジェクトが阻止または延期された。[ 243 ] 2026年3月に行われたギャラップの世論調査では、アメリカ人の10人中7人が自分の地域のデータセンタープロジェクトに反対していると報告されている。[ 246 ] [ 241 ]
米国以外では、オランダでの抗議活動により、2022年に新たなメガセンターの建設が一時的に全国的に禁止された。 [ 242 ] [ 243 ]チリでは、水資源保護を求める活動家による抗議活動により、Googleはデータセンター建設の計画を撤回した。[ 247 ]英国では、「機械に反対する行進」が行われた。[ 248 ]
住民は、大気汚染、水質汚染、騒音公害[ 249 ]、不動産価値の低下[ 250 ]、交通渋滞[ 251 ]、火災の危険性[ 252 ]について懸念を抱いている。AIデータセンターに関連するその他の環境問題には、電子廃棄物[ 253 ]や、コンクリートやセメントなどの建設資材の製造エネルギー[ 254 ]などがある。
宇宙空間にデータセンターを設置する案が低地球軌道（LEO）向けに提案されている。理論上の利点としては、宇宙空間での太陽光発電に加え、気象衛星からの気象予報や気象予測計算への貢献[ 255 ]、そして自由にスケールアップできること[ 256 ]が挙げられる。しかし、宇宙空間では対流が起こらず、太陽光によって温度が大きく変動するため、冷却システムの設計は困難である。その他の課題としては、宇宙線や微小隕石による損傷などが挙げられる[ 255 ]。
技術的な実現可能性の問題を超えて、宇宙におけるデータセンターの拡大は、 「外国の土地」を資源採掘に容易に利用できるものとみなす植民地主義的イデオロギーの適用であると説明されてきた。[ 257 ]
データセンターの設計と形状は、量子コンピューティング、バイオコンピューティング、合成DNAデータストレージ などの新技術の出現により、そう遠くない将来に急速に変化する可能性がある。[ 24 ]
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