AIサーバー向けバックアップ電源アーキテクチャ向けSiCパワーデバイス

より高電力なAIコンピューティングインフラへの移行により、データセンターの電源設計は大きく変化している。特に、変換損失や送電損失を低減するため、サーバーラックでは高電圧直流（HVDC）配電への移行が進んでいる。ROHMの最新採用事例では、750V対応のシリコンカーバイド（SiC）MOSFETが、障害発生時のAIサーバー電源継続性を支えるバッテリーバックアップシステムに組み込まれている。

HVDCアーキテクチャとAIサーバーの電力需要
生成AIワークロードの急速な拡大により、データセンターの消費電力は大幅に増加している。その要因の一つとして、より高い電力を必要とする高性能GPUプラットフォームの普及がある。従来の低電圧配電アーキテクチャでは、このような電力レベルにおいて導通損失が増加し効率が低下するため、インフラ設計者はHVDC配電の導入を検討している。

このような環境では、バッテリーバックアップユニット（BBU）やコンデンサユニット（CU）といったラックレベルの電源保護コンポーネントの重要性が高まる。これらのシステムは、停電、電圧低下、瞬時電圧変動などによってコンピューティング処理が中断したり、保存データの整合性が損なわれたりする事態を防ぐため、安定した電力供給を維持するよう設計されている。

今回の採用事例で示されたアーキテクチャは、AIサーバー向けの±400V配電モデルを採用しており、将来的には800VDCサーバー電源インフラへの移行を視野に入れている。

高電圧バックアップスイッチング向けSiC MOSFETの採用
採用されたコンポーネントは、ROHMのSCT4013DLLシリコンカーバイドMOSFETで、750Vのドレイン・ソース耐圧、120Aの電流容量、13mΩの標準オン抵抗（RDS(on)）、および175°Cの最大接合温度を備える。これらの特性は、電力密度の上昇によって熱負荷が増加するBBUのスイッチング段において重要となる。

シリコンカーバイドデバイスは、従来のシリコンと比較して高い電界強度を持つ材料特性により、高電圧スイッチング用途での採用が拡大している。これにより、適切なシステム設計のもとで、スイッチング損失の低減と高温環境での動作が可能になる。

今回の実装では、このデバイスはAIサーバーのバックアップ電源アーキテクチャ内の電源セクションに使用されている。ROHMによれば、同じ電圧クラスのデバイスは、BBU内のバッテリーパック電圧がおよそ560Vに達すると見込まれる将来の800VDCアーキテクチャにも対応可能としている。

この電圧マージンは重要である。バックアップスイッチングシステムは、高速応答を維持しながら、大電流を過度な熱負荷なしで処理する必要があるためだ。

AIデータセンターでバックアップ電源エレクトロニクスが重要となる理由
AIインフラでは、電源継続性に対して極めて厳しい要件が課される。大規模GPUクラスターでは、瞬時の電力遮断が即座に処理停止やデータ整合性の問題につながる可能性がある。

この環境におけるBBUは、従来の無停電電源装置（UPS）とは異なり、サーバーラックにより近い位置で動作し、高電圧DC条件下で高速に応答しなければならない。そのため、スイッチング効率、熱放散、過渡応答、電圧ディレーティングマージン、高密度サーバー設置に対応するコンパクトなパッケージ設計といった制約が生じる。

SiCパワー半導体は、スイッチング損失および導通損失の低減によって、ハイパースケールコンピューティングインフラを支えるデジタルサプライチェーンの電力効率改善に寄与する。

ROHMはまた、より高効率な電力変換システムに向けて、シリコンカーバイド、窒化ガリウム（GaN）、シリコンベースのパワー半導体に加え、アナログICとの統合ソリューション開発も進めているとしている。

追加情報
本セクションでは、元のニュースリリースに含まれていない技術仕様および競合ベンチマークに関する情報を示す。

ROHMが公表している仕様から見ると、この製品は産業用SiC MOSFET市場における標準的なカテゴリに位置付けられる。750VクラスのSiC MOSFETは、サーバー電源、エネルギー貯蔵、産業用電力変換向けにWolfspeedなどのサプライヤーからも提供されている。ROHMの該当デバイスは、TOLLパッケージで750V耐圧、13mΩの標準RDS(on)、175°Cの最大接合温度を備える。同等の750V製品でも175°C対応は一般的だが、電流定格や抵抗値はパッケージ形式や想定スイッチングトポロジーによって異なる。

サーバー電源用途における注目点の一つはパッケージ効率である。ROHMによれば、同社のTOLL実装は従来のTO-263パッケージと比較して実装面積を約26%削減できるとしており、ラック電力密度や熱設計制約が厳しい環境では設計上の利点となる可能性がある。

より広い市場動向としては、データセンター事業者が高電圧DC配電へ移行するにつれ、AIデータセンター向け電源アーキテクチャがワイドバンドギャップ半導体にとって重要な成長市場になりつつあることが示されている。

Aishwarya Mambet（Induportals編集者）、AIの支援により編集。

www.rohm.com