データセンターでは、小さな節約が大きな違いを生む

  • 2020年02月03日
  • ユナイテッドSiC

著者 アヌープ・バラ

データセンターは大きいです。 本当に、本当に大きいです。 「データセンター」の画像検索を行うと、広大で特徴のない建物の複数の空中PRショットが得られます。建物は多くの場合、同じように広大で特徴のない平原に新しく建てられています。 明確な意味は、新しい建物がすでにあるように広大であり、彼らの所有者は将来の拡張のために十分な余地を残したいと望んでいます。

アマゾン、アップル、フェイスブック、グーグル、そしてあまり知られていない多くの組織が、世界中の複数のサイトでそのような広大なデータセンターを運営しています。 商業上の理由から、サーバーの数を正確に言うことは決してありませんが、いくつかの企業の中には数百万台のサーバーがあると考えられます。

そして、ここでエンジニアリングの課題が発生します。これらのデータセンターに投入されるエネルギーのすべての代金を支払う必要があります。数百万台のサーバーを実行している場合、全体を考慮すると、マシンごとにわずかなエネルギー節約が膨大な金額の節約になる可能性があります。

重要な領域の1つは、各サーバーの電源です。これは、全体的なエネルギー使用に大きな影響を与える可能性があります。 対処するのが比較的簡単ないくつかの基本的な問題があります。 たとえば、電源に高い入力電圧を使用すると、低い入力電圧を使用するよりもI2Rの熱損失が低くなります。 電源を過剰に指定しないようにすることも役立ちます。300Wを供給するために500W電源を使用しても意味がありません。 そして、供給自体の基本的な変換効率があります。 HPは、多くのサーバー電源装置が65%から80%の効率で稼働していると推定しています。つまり、最悪の場合、支払っているエネルギーの3分の1は、データセンターの冷却システムに負担をかけるだけで有用な作業を行っていません。

より複雑な電源設計では、この効率を最大90%以上押し上げることができます。 しかし、多くの設計者は、効率を高めるためのより簡単な方法、つまりより効率的な半導体デバイスを使用する方法をまだ理解していません。 たとえば、UnitedSiCは、ノーマルオンのシリコンカーバイド(SiC)JFETをカスコードアーキテクチャのSi MOSFETと一緒にパッケージ化して、ノーマルオフのSiCFETデバイスを製造します。 これは、Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET、およびSiスーパージャンクションデバイスと同じ方法で駆動できますが、非常に低いゲート電荷と優れた逆回復特性を備えており、これを利用して高効率のスイッチング電源を構築することができます。

UnitedSiCのUF3SC065030D8SやUF3SC065040D8SSiC FETなどの部品には、他にもいくつかの利点があります。 1つ目は、RDS(on)が非常に低く、内部損失が減少することです。これは、効率の向上に直接関係します。 2つ目は、スペースが限られている通信機器などのアプリケーションですでに使用されている、人気のある表面実装DFN8x8パッケージが利用できることです。 これらのSiC FETに置き換えるだけで、設計者はケースまたはラックの既存のサーマルバジェット内でより高密度の電源を開発できます。

このブログの冒頭で述べたように、データセンターは大きくなる可能性があります–本当に大きくなります。 サーバーが消費するエネルギーを削減することで、冷却コストも節約できるだけでなく、システムの信頼性を保護し、改善することができます。 最適化には、資本コストと運用コスト、エネルギー効率と計算密度、信頼性などの間で一連の非常に複雑なトレードオフを行うことが含まれます。 サーバー電源に使用されているデバイスをSiCデバイスに置き換えることの利点は、それが簡単で費用効果の高い対策であり、小さな節約が大きな価値のある違いをもたらすことです。