グリッドからゲートまで：第三のエネルギー革命を推進
AI 駆動型データ センターの増大する電力需要を満たすための再生可能エネルギーの活用
本ブログは、電力設計サービスおよび電力供給部門のゼネラル マネージャーである Robert Taylo と、エネルギー インフラ部門のゼネラル マネージャーである Henrik Mannesson が執筆しました。
今まさに私たちの目の前でパラダイム シフトが起きているのです。18 世紀から 19 世紀にかけて、イギリスは石炭を動力源として産業革命を推進し、機械製造への移行を促しました。これが第一のエネルギー革命です。次に米国で第二のエネルギー革命が起きた。20 世紀の石油ブームが、自動車と電力分野における前例のない進歩を牽引したのです。
今日、人工知能 (AI) の急速な発展が第三のエネルギー革命を導いている。それは、私たちが消費する膨大なデータ量を支えるために必要なエネルギーの生成、変換、分配です。データ センターに電力を供給するために必要なエネルギーをどのように生成し、そのエネルギーを電力経路 (送電網からプロセッサのゲートまで) に沿って効率的に移動させるかはー 急速に現代における最も刺激的な課題となりつつあります。
配電レベルの変革
AI データ センターが要求する演算能力が拡大するにつれ、データ センターのアーキテクチャは大きな変革を遂げつつあります。従来、データ センターのコンピューティング ラックではサーバーが積み重ねられ、最下部に電源装置 (PSU) が配置されていた。交流 (AC) 電力は各サーバー ラックに供給され、PSU で 48V に変換された後、12V に降圧されます。サーバー内の負荷点コンバーターがさらに電圧を下げ、プロセッサのゲート コア電圧に調整します。
生成 AI の登場とそれに伴う情報処理用サーバーの増設により、ラックには大幅に多くの電力が必要となっています。例えば大規模言語モデル (LLM) に質問を入力する場合、同じ質問を検索エンジンに入力するよりも 10 倍の電力を必要とします。こうした電力レベルの増加は、電力アーキテクチャを限界まで追い込んでいます。
データ センターにおけるサイドカー構成
このため、データ センター運営者は、AC から直流 (DC) への変換プロセスをサーバー ラックから完全に外出し、単一のコンピューティング (IT) ラック内にさらなる電力容量とサーバー数を確保する方法を再考している。その一例として、電源装置 (PSU) を IT ラックの横に設置する独立したラック (サイドカーと呼ばれる) に移す手法がある。しかし究極の目標は、高電圧 DC をサーバー ホール全体に分配する専用の電源室を設けることにあります。
太陽光エネルギーによる電力需要の対応
データ センターが拡大 進化するワークロードを支えるためにより多くの電力を必要とする中、再生可能エネルギーこそが解決策となり得ます。太陽光発電は世界中の多くの地域で、ますます現実的で手頃な価格のエネルギー源となりつつあります。偶然にも、データ センター利用企業は自社内で 100% 再生可能エネルギーへの移行を約束しており、この取り組みは彼らが利用するデータセンターにも反映されなければなりません。太陽光発電は、データ センター顧客が持続可能性目標を達成するのを支援するだけでなく、より多くの発電設備を迅速に導入する手段も提供します。
半導体技術は太陽光発電変換プロセスの核心であり、データ センターの電力需要を満たす上でこれらの技術が鍵となります。効率的な電力変換と正確なセンシング技術は、太陽光を電力系統にとって信頼性の高いエネルギー源とするために不可欠です。
太陽光発電出力を最大化するエネルギー貯蔵
データ センターは 24 時間 365 日稼働しますが、太陽光エネルギーは日中のみ利用可能です。では、太陽が照っていない時間帯に太陽光エネルギーはデータ センターの電力供給にどう貢献するのでしょうか？ここで重要な役割を果たすのが蓄電池システム (ESS) です。必要な時にいつでもエネルギーを利用可能にするための鍵となる存在です。
蓄電池は既に電力系統において不可欠な構成要素であり、系統全体で大量の電力を効率的に貯蔵 放出しています。そして今、データ センター向けに特化した形で活用が進められています。ESS 内のバッテリー管理システムは、バッテリー セルを直接監視し、内部のエネルギー量を評価します。電圧を測定し、バッテリーの充電状態と健全性状態を判定することで、必要な電力が確実に利用可能であることを保証します。
人工知能の時代において、データは新たな通貨であり、かつてないほど価値が高まっています。したがって、それを駆動し、持続させる何かが必要です。工場の始動には石炭を、自動車の発展には石油を用いました。そして今、再生可能エネルギーが将来のデータ センターの増大する電力需要に対応する一助となるのです。