SiC半導体によって、クラウドコンピューティング神話から熱気を逃がす

クラウドコンピューティングは神話です。だからといって、存在しない、機能しない、グローバルなデジタル・インフラの重要な一部になっていない、ということではありません。しかし、「クラウドコンピューティング」という言葉が思い起こさせる、オンデマンドで無限の計算能力を持つ非物質的なソースというイメージは、現実と一致していません。

クラウド コンピューティングの真の姿は、何百万もの広大なデータセンターに、高度な冷却システムと複雑な電源装置によって、電気エネルギーを熱に変えて計算をおこなう洗練されたサーバーが詰め込まれていることです。Dropboxにファイルを保存するにしても、ウェブページを開くにしても、クライアントとサーバーの間を簡単に移動するデータのすべてのビットには、直接的なエネルギーコストがかかっています。

クラウドコンピューティングは、モノのインターネット(IoT)や5Gネットワークの展開などの概念に不可欠なものであり、ネットワーク・インフラの実装と、ネットワークが整備された後にネットワーク上を流れる膨大なデータの処理の両方において重要な役割を果たしています。また、5Gネットワークの低遅延により、クラウドコンピューティングのデータセンターで実行されているアルゴリズムが自律走行車と連携し、トラフィック管理やルーティングのオプションについてリアルタイムで判断することが可能になります。

クラウド・データセンターでおこなわれるコンピューティングの量は今後10年間で指数関数的に増加し、2019年には世界のパブリック・クラウド・サービスの収益は17.5%増の2,143億ドルに達するとガートナーは予測していますが、それと同時に消費されるエネルギー量も増加しています。システム全体のエネルギー効率をわずかに改善するだけで、データセンター全体のエネルギーを大幅に節約することができます。

手始めに、データセンター電源の効率化を図ることが挙げられます。その簡単な方法は、既存のシリコンMOSFETをシリコン・カーバイド部品に置き換えることです。これらの部品は、より高い周波数でのスイッチングが可能で、より効率的な電力変換が可能となるため、またシリコン同等品よりも高温で動作させることが可能なため、データセンターの冷却システムの負担を軽減することができます。

設計者は、よりエネルギー効率の高いデータセンターを構築するための複雑なシステム最適化を解決しようとするとき、白紙から作業したいと思うかもしれません。しかし、多くの人にとっての現実は、すでに存在するものに多くの小さな改良を加えることになるでしょう。電源設計のために、Qorvoは、広く使用されているDFN8x8パッケージの一連のSiC FETを提供しています。このデバイスのスタックされたカスコードトポロジーは、シリコンMOSFETのように駆動できることを意味しますが、より高速にスイッチングし、より多くの電力を処理し、回路設計を簡素化します。

たとえば、QorvoのUF3SC065040D8S SiC FETを使用して3kWのLLC回路を構築するには、回路トポロジーの理論上のデバイスごとに2つのデバイスを並列に(熱的制約を満たすために)配線する必要があります。これらのLLC回路のうち2つを使用してハーフブリッジ整流器を構築すると、4つのデバイスが必要になります。しかし、競合製品を使用して同じ回路を構築すると、少なくとも6個のデバイスが必要になります。

SiC半導体技術の利点は、大電力になるほど大きくなります。同じQorvo部品を使用して5kWのLLC回路を構築するには、トポロジー内の各理論上のデバイスに対して3つの並列デバイスが必要であり、したがって、完全なハーフブリッジには6つのデバイスしか必要ありません。競合するソリューションでは、同じことを実現するには10個のデバイスが必要です。

このような最適化をおこなうことで、エネルギー予算を圧迫することなくクラウドコンピューティングの利用を拡大することが可能になります。データセンターの効率性を向上させるための実践的なアプローチは、クラウドコンピューティングの神話から熱風を少し取り除くのにも役立ちます。

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