SiC半導体によるデータセンターのエネルギーの節約の重要性

データセンターの場合、わずかな節約で大きな違いが生まれます

データセンターのサイズは、本当に、本当に大きいです。 「データセンター」の画像検索をおこなうと、広大で特徴のない建物や複数の空中から撮影された画像を見つけることができます。多くの場合、同じような広大で特徴のない平原に新しく建てられています。ここからわかることは、新しい建物がすでに広大であると同時に、データセンター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こ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、データセンターの中には数百万台のサーバーがあると考えるのは一般的です。

 

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に対して電気代を支払う必要があります。数百万台のサーバーを動作させている場合、全体を考慮すると、マシン一つ一つのエネルギー節約が非常に有効になります。

 

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。その中でも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加熱損失が低くなります。また、電源の仕様をオーバースペックに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の供給を用意しても意味がありません。そして、電源自体の基本的な変換効率があります。 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されております。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、データセンターで本来の役割に使われず、無駄になっている可能性があります。

 

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の使用方法をまだ理解していません。

SiC FETのゲートドライブは、優れたゲート保護を備えた既存のテクノロジーと互換性があります
SiC FETのゲートドライブは、優れたゲート保護を備えた既存のテクノロジーと互換性があります

たとえば、UnitedSiCは、通常オンの炭化ケイ素(SiC)JFETをカスコードアーキテクチャーのSi MOSFETと一緒にパッケージ化して、通常オフの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できます。

 

UnitedSiCのSiC 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ますが、表面実装DFN8x8パッケージで利用できることです。既存のデバイスを、これらのSiCFETを変えるだけで、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。

 

この記事の冒頭で述べたように、データセンターは今後さらに大きくなる可能性があります。サーバーが消費するエネルギーを削減すると、冷却コストも節約されるだけでなく、システムの信頼性を保護または改善する機会が提供されます。最適化には、資本コストと運用コスト、エネルギー効率とコンピューティング密度、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。 SiC半導体をサーバーの電源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動きであり、大きな価値のある違いをもたらす多くの小さな節約を提供することです。

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