マイクロソフトの超伝導体への7,500万ドルの賭け

AI のおかげでデータセンターは発電の世界を一変させています。建設が必要な数を生産するために必要なエネルギー量を満たすのに十分な電力容量が送電網にありません。また、従来の送配電ネットワークは、利用可能なすべての電力を最大限に活用できるほど効率的ではありません。米国エネルギー情報局 (EIA) によると、年間の送配電損失は平均約 5% です。世界の他の地域では、この割合はさらに高くなります。したがって、アマゾン ウェブ サービス、Google Cloud、Microsoft Azure などのハイパースケーラーは、より多くの能力を獲得し、効率を向上させるためにあらゆる方法を調査しています。

たとえば、マイクロソフトは、銅配線の代替としての高温超電導体 (HTS) の潜在的な特性を賞賛しています。同社によれば、HTS は送電損失を削減し、送電網の回復力を高め、電力伝送に必要なスペースの量を削減することでデータセンターが地域社会に与える影響を制限することでエネルギー効率を向上させることができます。

「超電導体は、大量の電力を運ぶのに必要なスペースが少ないため、よりクリーンでコンパクトなシステムを構築するのに役立ちます」と、Microsoftのグローバルインフラストラクチャ担当ゼネラルマネージャーのAlistair Spears氏はブログ投稿で述べた。

銅は優れた導体ですが、電流が線に沿って移動するときに抵抗に直面します。これにより熱が発生し、効率が低下し、流すことができる電流量が制限されます。 HTS は極低温に冷却された超電導材料で作られているため、この抵抗要素を大幅に排除します。 (その名前にもかかわらず、高温超電導体は従来の超電導体が必要とする温度よりもかなり高いとはいえ、依然として低温に依存しています。)

結果として得られるケーブルは銅線よりも短くて軽く、電流を流す際に電圧が降下せず、熱も発生しません。これは、大規模な電気負荷を小さな設置面積に凝縮しようとしている AI データセンターのニーズによく適合します。必要な変電所の数も減ります。スピアーズ氏によると、次世代の超電導送電線は、同じ電圧レベルで従来の送電線よりも大きな容量を提供します。

Microsoft は、超電導電力技術開発会社 Veer への 7,500 万米ドルの投資を含め、パートナーと協力してこの技術の進歩に取り組んでいます。ウィアーの導体には HTS テープが使用されており、これは通常、希土類酸化バリウム銅 (ReBCO) と呼ばれる種類の材料をベースとしています。 REBCO はセラミック超電導層​​であり、金属基板上に薄膜として堆積され、電力ケーブルに組み立てられる強力な導体に加工されます。

「銅やアルミニウムとの主な違いは、動作温度では超電導層が電気抵抗をほとんど持たずに電流を流し、よりコンパクトなフォームファクターでより高い電流密度を実現できることです」と、Veer の CEO 兼共同創設者のティム ヘドル氏は述べています。

データセンターの液体窒素冷却

Microsoft のクラウド運用およびイノベーション担当プリンシパル インフラストラクチャ エンジニアである Ruslan Nagimov 氏が、世界初の HTS 搭載ラック プロトタイプに近づきます。マイクロソフト

HTS ケーブルは依然として極低温で動作するため、配電システムの設計に冷却を組み込む必要があります。ウィアは、閉ループの液体窒素システムを使用することで低い動作温度を維持します。窒素はケーブル全体を循環し、遠端から出て再び冷却され、循環して最初に戻ります。

「液体窒素は豊富に存在し、低コストで安全な材料であり、多くの重要な商業および産業用途で広く使用されています」とハイデル氏は言います。 「私たちは、他の業界で実証されている液体窒素の取り扱い経験と基準を活用して、実験室の条件ではなく重要なインフラストラクチャの期待に応える監視と制御を備えた、継続的な運用向けに設計された安定したデータセンター ソリューションを作成しています。」

HTS ケーブルの冷却は、データ センター内または外部で行うことができます。ハイデルは、屋内設置面積と運用の複雑さが軽減されるため、後者を支持しています。超伝導体にサービスを提供するために、液体窒素ラインが施設に配管されています。必要な場所に電力を供給し、冷却システムは他の施設サブシステムと同様に管理されます。

レアアース材料、冷却ループ、極低温 – これらすべてによりコストが大幅に増加します。したがって、HTS はほとんどのアプリケーションで銅を置き換えることはできません。ハイデル氏は、電力供給がスペース、重量、電圧降下、熱によって制限される場合、経済性が最も説得力があると述べています。

「そのような場合、その価値はシステム レベルで現れます。つまり、設置面積が小さく、抵抗損失が低く、電力の配線方法がより柔軟になります」とハイデル氏は言います。 「テクノロジーが拡大するにつれて、HTS テープの生産量の増加と歩留まりの向上によってコストが改善され、周囲のシステム ハードウェア、設置方法、および運用手順の標準化を通じて設計の複雑さと導入リスクが軽減されるはずです。」

AI データセンターは、このアプローチの理想的な実験場になりつつあります。ハイパースケーラーは、高効率システムの開発に喜んで投資します。開発への支出と AI サービスの広範な提供による収益のバランスを取ることができます。

「HTS の製造は、特にテープ側で成熟しており、コストと供給の可用性が向上しています」と Microsoft のシステム テクノロジ担当ディレクター、ハッサム アリッサは述べています。 「私たちは現在、システム設計と統合に重点を置き、パートナーと協力してこのテクノロジーを検証し、リスクを軽減することに重点を置いています。」