データセンターの敵、サーバの発熱と戦う

データセンターの消費電力削減のために、サーバの発熱を抑える技術課題

一般的にデータセンターは、サーバを設置するスペースに加え、大容量・高速の通信環境や高度なセキュリティ、堅牢性の高い地震対策設備や自家発電装置などを整備することが求められます。その中でも、大きな課題となっているのが電力消費量です。

データセンターの総消費電力の現状と将来予測

出所：JST 低炭素社会戦略センター「情報化社会の進展がエネルギー消費に与える影響 (Vol.4)」（LCS-FY2021-PP-01）よりTDK作成

データセンターは、より大量のデータを高速処理するために高性能なサーバが数多く必要ですが、同時に、消費電力や発熱量が増大してデータセンター内部が高温になります。これによって、サーバが誤作動やシステムダウンを起こす可能性があるため、冷却しなければなりません。ところが、このサーバを冷やすための空調設備にも電力が必要となるため、結局、データセンター全体での消費電力量はさらに増えてしまうという、構造的な問題を抱えています。SDGsが注目を集める中、社会全体で節電が求められており、加えてコスト削減のためにも、データセンターでは電力消費をいかに削減するかが大きな課題となっています。

データセンターにおける消費電力削減の取り組みとしては、センター全体の直流給電化や空調効率化などが挙げられますが、根本的な解決策としてはサーバ自体の発熱化を抑えることです。そのための取り組みの一つとして、サーバの心臓部とも呼べるIC（半導体集積回路）を含む電子回路の省電力化を進める必要があります。しかし、データセンターにおけるサーバICに電力を供給する電源は、サイズの問題でIC近くに設置することができず、配線が長くなってパワーロス（※2）が発生し放熱するという課題を抱えています。

サーバシステム全体の消費電力削減に貢献する、超小型DC-DCコンバータ・ソリューション

そこでTDKが新開発したのが、世界最小クラスで世界最高クラスの電流密度を達成した超小型DC-DCコンバータ（※3）です（3.3mm×3.3mm×1.5mmサイズで出力電流6A）。これによって、IC近傍に配置することが可能で、配線によるパワーロスを抑えることができ、サーバの発熱防止に貢献します。IC近傍への超小型DC-DCコンバータへの配置はTDK独自提案で、製品名・μPOL™は登録商標をとっています。POLとは、Point Of Loadの略で近傍へ配置するという意味です。

また、小型で高密度に加えて、優れた放熱特性を誇り、従来製品が自己発熱により60℃程度から出力電流が変動するのに対して、温度変化に対する出力変動がほとんどありません。これによって、通常は実装が難しいエアフロ―（※4）がない回路基板の裏側までも実装することができ、設計の自由度が大幅に向上します。その結果、電子回路の省スペース化をもたらし、システム全体としても消費電力が削減できます。

μPOLは、データセンターだけでなくネットワーク＆情報通信分野や基地局、デジタルスチルカメラのような精密機器のICなどでも活躍します。また、デジタルトランスフォーメーション（DX）の実現を支える、高速データ通信用のシリアルバス（※5）にも貢献します。

超高電流密度を実現したμPOL

μPOLは、2018年にTDKが買収した米国のベンチャー企業である、電源IC設計会社・Faraday Semiが開発しました。同社が開発した高機能な「IC」を、TDKが独自開発したパッケージング技術「SESUB（※6）」に内蔵させ、TDK創業の原点となっている磁性技術を活用した「インダクタ（※7）」を、3D実装技術（※8）で組み合わせたものです。世界最小クラスで世界最高クラスの電流密度を達成したμPOLは、ベンチャー企業の技術力・発想力と、85年の歴史を持つTDKのコアテクノロジーを活用して生み出されました。

複数の電子部品を統合した µPOL

マイクロDC-DCコンバータ「μPOL™」

3.3mm×3.3mm×1.5mmサイズで出力電流6A、5.8mm×4.9mm×1.6mmサイズで出力電流12Aを実現した、世界最小サイズのDC-DCコンバータ「μPOL」です。詳細はプロダクトセンターをご覧ください。