AI時代の電力課題。次世代800 VDCアーキテクチャがデータセンターを変革

　AI（人工知能）技術の爆発的な進展に伴い、データセンターにおけるサーバーラックあたりの電力消費量は従来の水準をはるかに超えるペースで増加しており、これに対応するため、データセンターの電源供給アーキテクチャは抜本的な変革に迫られている。その解決策として、現在、業界では次世代の「800 VDC（直流）」アーキテクチャへの移行準備が急速に進んでいる。

　従来のデータセンターでは、サーバーラックへの給電に48V DCや12V DCといった比較的低い電圧の直流電源が用いられてきた。しかし、AIサーバーに搭載されるGPUの電力需要が極限まで高まり、この低電圧給電方式では対応しきれなくなってきたという。

　まず、電力損失の問題だ。同じだけの電力を送るとき、電流は電圧が低いほど大きくなり、給電ラインでの抵抗による電力損失（発熱）が増加する。ラックあたりの電力需要が100kWを超えることもあるAIデータセンターでは、この電力損失が無視できないレベルになっており、エネルギー効率を大きく低下させてしまう。そして発生した熱を冷却する設備の負荷も増大し、さらなる電力消費を招いている。また、大電流を安全に伝送するためには、太い銅製バスバーが必要なため電力量が増えるほど材料費が嵩むほか、配線スペースが肥大化し、ラック内の高密度化を妨げており、物理的・実用的な限界に達しているという。

　そこで、これらの課題を一挙に解決し、AIインフラストラクチャの性能と持続可能性を劇的に向上させると期待されているのが、次世代の800 VDC（高電圧直流給電：HVDC）アーキテクチャだ。800 Vという高電圧での電源供給を採用することによって電流が大幅に小さくなるため、給電ラインでの電力損失を削減できる。また、従来各ラック内で実施していたAC-DC変換（PSU）を専用の電源ラックに移設し、13.8kV の AC グリッド電圧をデータセンターの⼊⼝で直接 800VDC に変換することで、中間変換段を排除できる。変換時に発生する電力損失を最小限に抑えられ、データセンター全体のエネルギー効率が向上するという。

　高電圧・小電流化は、電力損失低減だけでなく銅製バスバーの小型・軽量化、つまり材料コスト低減と冷却効率の向上にもつながる。

　一方、こうした800 VDCアーキテクチャの実現には、高電圧・高周波数での電力変換を効率的に行うための先進的なパワー半導体技術が不可欠だ。電子部品メーカー各社も対応に注力する中、日本の半導体メーカーのローム社が、次世代800 VDCアーキテクチャに基づくAIデータセンター向け先進電源ソリューションを詳細に解説したホワイトペーパーを発行した。

　このホワイトペーパーでは、ロームが強みとするSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）といった高耐圧・高周波特性に優れるワイドバンドギャップ半導体と、それを最大限に活用するためのアナログIC技術を組み合わせた総合的な電源ソリューションが紹介されている。特に、システム全体で高効率・高密度を実現するために、電源ラックやITラックにおける各電圧変換ステージで最適な回路トポロジーとデバイスの選定戦略が詳述されており、開発者にとって非常に有用な情報源になりそうだ。また、業界トップクラスの低オン抵抗を誇る同社のEcoSiC（TM）シリーズやEcoGaN（TM）シリーズの採用実績も記されている。

　AI時代の膨大な電力需要と環境負荷の増大という課題を前に、データセンターの電源アーキテクチャは大きな転換期を迎えている。ローム社をはじめとする技術革新を担う企業が取り組む800 VDCアーキテクチャという新たな標準が、AIインフラの持続可能性と処理能力を両立させるための重要な鍵になりそうだ。（編集担当：藤原伊織）