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エジソンの復讐において、データセンターはACからDCへ移行している

概要

  • Nvidia GTC でAI向け新チップアーキテクチャ発表
  • データセンターの 電力インフラ が追いつかず、業界がDC化へシフト
  • ACからDC への変換効率やコストが課題
  • 高電圧DC電源 の導入が効率・コスト面で注目
  • 標準化やエコシステム構築が今後の普及の鍵

AI時代におけるデータセンター電源インフラの課題と進化

  • Nvidia GTC でAI向けの新チップ発表、計算能力・消費電力の急増
  • データセンターの 電源インフラ は従来のAC中心設計が主流
  • ACからDCへの複数回変換 によるエネルギーロスが顕著
    • 中電圧AC(1kV~35kV)から低電圧AC(480V/415V)へ変圧
    • UPSでDC化し、再度AC化、最終的にサーバーでDC(54V)へ
  • 従来ラックは10kW程度、AIでは1MWに迫る高出力化
  • 変換損失・銅バスバーの重量増大 (1MWで200kg、1GWで200,000kg)など運用負担増

高電圧DC電源導入のメリット

  • 13.8kV AC800V DC へ直接変換、変換段数を大幅削減
  • ファン・電源ユニットの削減、システム信頼性・効率向上、設置面積縮小
  • 高電圧化により 同じ導体サイズで85%多く送電可能
    • 電流減少で抵抗損失低減、45%の銅削減、効率5%向上、TCO 30%削減
  • DC-DCコンバータ でラック内GPU/CPU向けに電圧を最適化
  • 中国では高電圧DCデータセンターが既に稼働、米国でも実証実験進行中(Meta、Microsoftら)

DC電源システムの最新動向

  • Vertiv :NVIDIA Vera Rubin Ultra Kyber対応800V DCエコシステム、2026年後半商用化予定
  • Eaton :中電圧ソリッドステートトランス(SST)を中核とした800V DCシステム開発
  • Delta :800V DC 660kWパワーラックと480kWバッテリー内蔵バックアップユニット提供
  • SolarEdge :99%効率SST、DC UPS、DC配電レイヤー開発中

普及拡大の課題と今後の展望

  • 多くの企業は 400V DC レベルのイノベーションが中心、800V DCは一部先行
  • 普及には 電力電子・保護・コネクタ・センシング・サービス安全部品 などの統合エコシステム構築が不可欠
  • DC専用設備の製造体制再構築、半導体・材料供給拡充、長期需要の明確化が必要
  • 標準化・安全フレームワーク の確立がサプライチェーン構築と投資判断のカギ
  • 多くの企業は 慎重姿勢 を維持、標準・安全基準や顧客需要の明確化を待つ動き

Hackerたちの意見

子供たちがウェスティングハウスのことをバッテリーモッグだって話してるの見たら、マジでネットやめるわ。

DC電源は、俺が若い頃にハードウェアをラックに積んでた時からデータセンター機器の選択肢だったよ。Cisco、Dell、HPE、IBM、他にもたくさんの会社がDC供給オプションを持ってた。PDUも同じ。古いものがまた新しくなってるってことだね。例えば、これ見てみて。https://www.dell.com/support/kbdoc/en-us/000221234/wiring-in...

48VDCは電話交換機では一般的だったよ。地下室には鉛蓄電池がいっぱいあって、グリッドなしでも数週間動けたんだ。そのおかげで、電話は数十年にわたって99.999%の信頼性を保ってた。

明らかに48VDCはすでに存在していて、内部ではおそらく48Vに降圧するだろうけど、今は48Vのアイランドが通常のACグリッドで接続されてるんだ。それを800VDCバスに置き換えたいみたい。800VDCを選んだのは、すでにEVから800VDCバッテリーパックが出ているからだと思う。

この話はもう10年以上聞いてるよ。「浸漬冷却でデータセンターがスケールする!」とか「周辺でDCに変換すると密度が上がる!」ってね。もちろん、どっちも正しいし、実際にその利点のためにそういうプロセスを取り入れてるデータセンターもある。でも、特別な機器(AWS OutpostsのDC変換みたいな)を除けば、一般的な機器はまだほとんどがAC駆動なんだよね。これが変わる気配はまだない。もっと一般向けのDC機器が増えるのを見たいけど、電源ベンダー(APC、Eatonなど)も機器メーカー(Dell、Cisco、HP、Supermicroなど)も、最初に踏み出すのをためらってる感じ。しばらくは、これはニッチな機能を持つニッチなユーザー向けの話だと思うよ。

知る限り、あのベンダーたちはみんなDC電源オプションを持ってるよ。全然新しいわけじゃないし、初期の電気通信データセンターにはDC電源レールがあったんだ。ウェスタン・エレクトリックのスイッチング機器は48VDCで動いてたからね。https://www.nokia.com/bell-labs/publications-and-media/publi...

もし大手がそれをやる意味があるなら、彼らはやるだろうし、その恩恵は他にも広がるんじゃない?フォーミュラ1の技術が消費者向けの車に入ってくるみたいに。

サーバー用の電源はかなりモジュラー化されてるから、少しでも大きな顧客が購入を決めればDCモジュールが出てくるよ。思いついた最初のサーバーのマニュアルを見たら、今ならDell PowerEdge R730を第一者サポートのDC電源付きで買えるみたい。

ここはギガワットのデータセンターだよ。一つのデータセンターで、機材をコンテナ船単位で買ってる。ニッチなわけじゃないよね。

数日前にHNで見たけど、浸漬冷却は終わったね。広範なPFAS汚染で訴えられるリスクを考えると、やる価値がないってことが分かった。 [0] DCにはそんな致命的な問題はないけど、メリットは結構あるし、主な欠点は機材の入手性かな。ただ、ハイパースケーラーたちがそのチキン・アンド・エッグ問題を解決しつつある。好きか嫌いかは別として、中小企業の一般的な状況は厳しくなってきてるし、AWSやGCP、Azure、Metaのような大規模な展開が普通になりつつある。これらの4社でデータセンターのキャパシティの44%を占めてるんだよね!もし彼らがDCに切り替えたら、それを「特別な機材」と呼べるのか、それとも「業界の標準」と呼ぶ方が正確なのか?業界全体が基本的にビッグテックの残り物を受け取っているのは明らかになってきてる。今後数十年でDCがコロケーションの標準になるなんてことがあっても驚かないよ。 [0]: https://thecoolingreport.com/intel/pfas-two-phase-immersion-...

イマージョン冷却はめっちゃ非現実的で、特定の問題にしか役立たないんだ。液体フロンで満たされたCRAYマシンで働いたエンジニアに話を聞けば、何かを素早く交換するのがどれだけ大変か教えてくれるよ。漏れ防止のクイックコネクタを使った冷却ブロックの方が、ずっと安くて早くて簡単なんだ。普通の機器が使えるし、床を再強化する必要もないからね。「エッジ」系のものは12/48Vのねじ端子が多いけど、これはテレコム互換性を考えて設計されてるんじゃないかな。でも、メガワットラックについては、まだよくわからない。

これをエジソンの復讐だって言うのは本当にバカげてる。もしテスラが、回転するタービンから生成されるACから高電圧DCを取り出すための現代の高出力トランジスタを持ってたら、彼も高電圧DCに賛成してたはずだよ。テスラは効率的な長距離送電には高電圧が必要だって理解してたし、トランスがその高電圧に上がったり下がったりするための唯一の効率的な方法だって知ってた。でも、トランスはACでしか動かないから、彼はACシステムを設計して、さらにそれに合ったトランスも設計したんだ。もし当時に高出力トランジスタがあったら、彼はそれを使ってたはず。グリッドに耐えられる高出力トランジスタは、テスラとエジソンのAC/DC論争から100年以上経ってからやっと設計されたんだよ。

もしエジソンの復讐があるとしたら、それはHVDCだろうね。DCで長距離に電力を送るってやつ。(でも、君が言ったように、そこでもあまり意味はないけど、彼らは違う時代に議論してたからね。)

同意。IEEEがこの方向に進むのはちょっと変だね。

ただの面白いタイトルだよ、考えすぎだよ。

インターネットはテスラのことについてもう黙ってほしいし、あのオートミールの漫画から生まれたネットの神話を乗り越えてほしい。彼はまあまあの発明家だったけど、慢性的なメンタルヘルスの問題に悩まされてて、生前は時間やエネルギー、お金を無駄にして、ひどい態度で多くの人間関係を壊してた。彼の時代に多くの人が彼を嫌った理由があるんだよ。彼は周りの人を孤立させるような落ち込んだクソ野郎だったし、確かに彼は当時はカミングアウトできなかったゲイだったと思う。でも、彼の発明はネットのオタクたちによって過大評価されてるのは事実。ポッドキャスターのセバスチャン・メイジャーが「Our Fake History」でテスラについて長いパトレオンエピソードをやって、テスラに関する変な神話のほとんどを打ち消したんだ。セバスチャンは恨みを持ってるわけじゃないけど、テスラに関する情報がどれだけナンセンスか、今の時代にどういう偏見で見られてるかが驚きだよ。メイジャーはエジソンの変な話にも触れてて、インターネットがエジソンを悪者に仕立て上げたことについても言及してる。

「これはエジソンの復讐だって話すのは絶対に馬鹿げてる。もしテスラが回転するタービンから得られるACを高電圧DCに変換するための現代の高出力トランジスタを持っていたら、彼も高電圧DCを支持していただろう。」これだ!この事実に気づく人が増えるといいね。高層ビルが普及したのは現代のクレーンが発明されてからだよ。ちょうど20年前、私はGaNの特性評価に関する新しい研究をしていて、指導教官たちは世界中でコンサルティングでたくさんお金を稼いで、技術を基にした政府資金のスタートアップ企業を成功裏に設立したんだ。SiCと一緒に、これらは最近成熟してきた広帯域半導体技術を持つゲームチェンジャーなパワーデバイスだよ。実際、ノーベル賞を受賞した青色LEDの発見もGaNのおかげで実現可能になったんだ。Veritasiumが作ったこのバックストーリーの素晴らしい動画を見てみてね。[1] [1] 青色LEDを作るのがほぼ不可能だった理由: https://youtu.be/AF8d72mA41M

もちろん、モンテズマも人々の休暇を台無しにするような下痢を計画してたわけじゃないけど、俗語として「モンテズマの復讐」って言葉があるよね。記事の見出しにはエジソンが出てきたけど、本文にはどこにも見当たらなかったし、テスラもなかった。記事をざっと見た感じ、誰かがクリックを狙ってキャッチーな見出しを作ろうとしたように思える。

でも同等のものはあったよね:機械式スイッチとか、電気機械リレーとか、電気接点のある回転ホイールとか。

タイトルはクリックベイトだね。記事の他の部分ではエジソンの名前は出てこないし、別に気にしないよ。

うん、これは議論じゃないね。1800年代にMOSFETの製造工場を立ち上げるより、金属の塊に銅線を巻く方がずっと簡単だったよ。どんなに素晴らしいアイデアがあっても、製造できなきゃ意味がないからね。

同意、クリックベイトだね。

家庭用のDCを待ってるんだけど、壁に繋がってる電子機器(LED電球、ホームコントローラー、コンピュータ機器とか)にACからDCへの変換器が全部必要なのはバカみたいだよね。

それは無理だね。アメリカが家庭用電圧を高くしなかったのと同じ理由で、実際の利点があっても消費者レベルでのシステム移行はひどいことになるよ。たとえ利点があったとしても(あなたが挙げたものが本当に有効かどうかも分からないけど)、数十年にわたって二つのシステムを並行して維持するコストがそれを上回ると思う。明日でも家を12V、24V、48VのDC用に配線することはできるし、オフグリッドの人たちもそうしてるけど、インバーターが安くなったからそういう設置はどんどん少なくなってる。今でもそれが見られるのは車やトラック、船くらいだね。キャンピングカーでインバーターを使って水を沸かすのが大変だと思ったら、低電圧DCで洗濯機や他の大きな家電を動かすのはもっと大変だよ。すごい太いケーブルが必要になるから、そのコストは節約分を上回るだろうね。

あまり知られていない例としては、RVの電源があるね。小さいバッテリーやソーラーで動かしてると、持ってるワットアワーを最大限に活用したいから、DCからAC、またDCのループは避けたいんだ。だから、12V(新しいモデルではもっと高い電圧)で動かすものを使って、必要に応じて昇圧してるよ。

昨年、いくつかの小屋に引っ越して12VDCシステムを使ってみたけど、120VACで動かす方がずっと便利だと思ったよ。結局、いろいろな電圧で動かすものがあるから、変換しなきゃいけないしね。ライトや換気扇、ヒーターファンは12Vで動かしてたけど、結局はほとんどの負荷のために電圧を変えたり、コンピュータを充電したり炊飯器を動かすためにACを生成したりしなきゃいけなかった。実際にかなりの電力を使うものを動かすには、12Vだともっと太いワイヤーが必要になるからね。だから、負荷よりも高い電圧のDCを配電用に使って、デバイスに届くときに電圧を下げるか、あまり電力を引き出せないかのどちらかになるよ。高い電圧のDCが使えないわけじゃないけど、私の新しいシステムではソーラーパネルから充電コントローラーまでのラインが約350VDCで、10awgのケーブルを使えるよ。でも、私が持ってる高出力の負荷(ノコギリ、インスタポット、炊飯器、ハモンドオルガン、真空管ギターアンプ)はDCを使わないんだよね :D

家電は12Vや5Vみたいに低い電圧が多いから、ワイヤーロスや熱が問題になるね。

USBパワーデリバリーって呼ばれてるよ。

あなたが「大きな」西洋の家に住んでいると仮定すると、それは実用的じゃないよ。エジソンの最初の電力網は家庭に110/220VのDCで供給されてたことを覚えておいて。もし街から壁まで12ボルトの低電圧が来てたら、ラインロスがかなり大きくなる。RVや小屋でしかうまくいかないのは、配線が短いからだよ。だから、もし壁の中にDCがあったとしても、100V以上になるし、電子機器が使う低い電圧に変換する必要があるんだ。通信業界で働いてる人たちのコメントを見てみると、機器に入る電圧が-48Vで、さらに下げられるって話してるよ。

2007年に作ったデータセンターはDCだったよ。その時点で行ったデータセンターの多くはすでにDCだったし、2026年にこれが新しいトレンドだとは思わなかったけど、2007年以降は数えるほどしかデータセンターに行ってないことも認めるよ。これは間違いなく論理的な選択に見えたんだ。

各ラックマウントユニットに800V?ホットプラグ機能付き?それは怖いね。この電圧の通常のセットアップは、でかいスイッチを切って電源を落とすと、キャビネットが機械的にロック解除されるんだけど、彼らが考えてるのはそれじゃないみたい。彼らは個々のラックマウントユニットのホットプラグを望んでる。GEは電力変換設計についての論文を出してるけど、ユニットとラックの電気的・機械的インターフェースについては触れてない。Liteonがそれに取り組んでるけど、アニメーションはかなり曖昧だね。彼らはホットプラグの可能性をほのめかしてるけど、切り離しの仕組みについては詳しく説明してない。デルタはもう少しヒントを出してるよ。ホットプラグの制御ユニットがあって、プラグイン時の突入電流や切り離し時のアークを避けるために必要なんだ。これにはスイッチング用のシリコンカーバイドMOSFETのアクティブ管理が必要だよ。誰かがラックマウントユニットを引き抜くときに、800Vから人を守るためのシャッターが落ちるような機械的な切り離しが必要だと思う。これらの論文は電気的安全性についてはあまり具体的じゃないし、さらに、これらはすべて液冷で、ホットプラグも必要なんだ。

かなり巧妙な設計だね。>「PDBがインターフェースから外れ始めると検出されると、ホットスワップコントローラーがMOSFETをすぐにオフにして、Cinからシステムへの放電経路をブロックする。メインの電源経路が完全に切り離されると、インターフェースが物理的に外れ、この時点では電流は流れない。」>「挿入時には、長いピン(通常はグラウンドと制御信号用)が最初に接触して安定した基準を確立し、事前挿入チェックを有効にする。一方、短いピン(電力または敏感な信号用)は、安全な条件が整った後に接続される。取り外し時には、順序が逆になり、短いピンが最初に切り離されて干渉を最小限に抑える。」

それとも、技術者にフルプロテクションの電気スーツを着させることが必要かもね。

我々の学術データセンターの90%の電力は、13.8kVの3相から400Vの3相に変換されて、機械は一つの相から中性線(230V)に直接接続されてる。一段の変圧器で、UPSの損失もないし、サーバーの電源供給はEUの電圧でより効率的なんだ。でも、可用性はどうなの?ほとんどのユーザーに、可用性が4 9sか、CPUに使えるお金が10%増えるのどっちがいいか聞いたら、CPUを選ぶんだよ。実際に聞いたからね。商業界にも可用性に敏感じゃないワークロードがたくさんあって、AIのトレーニングなんかもそう。そういう場合に重要なのは、月末までにどれだけ計算ができるかで、固定予算の中でUPSがその数を減らしちゃうんだ。

それから、機械は片方の脚から中性(230V)に直接接続されるんだ。 それぞれの機械には、これを低電圧のDCに変換するためのスイッチング電源があって、たぶんCPUやGPUコア、RAMなどのために、いろんな場所にランダムなポイントオブロードコンバータ(DC -> AC -> DC)もある。 これらの各段階は、最適な負荷で約95%の効率があるかもしれないけど、損失が積み重なって、狭い範囲を外れるともっとひどくなるんだ。

400Vと800VがEVバッテリーアーキテクチャでも使われてるのに気づいた?技術の共有があるのかな?

それはすごく理にかなってるよ。ACをDCに変換するのに失うエネルギーは膨大だし、自分で電力を生産するなら(通常はすでにDCで)、無駄になっちゃうからね。