超電導送電線はまだ有効な手段なのか？
20年ほど前から、従来の銅やアルミの導体ではなく、超伝導体を用いた送電線が登場し、送電線の損失を劇的に減らすことができると、多くの関心と誇大広告がなされてきた。推定では、送電線を通じて送られる電力の約5％から10％がオーミック抵抗によって散逸しており、これは大きな数字ではないが、それでも十分に高いため、大幅な減少、特に超伝導体を使用してゼロに近づけることができれば、基本効率やその他の有益な属性に関して大きなプラスとなる。
なぜ、パッシブ送電線にこだわるのか？送電線は、発電、貯蔵と並んで、電力全体を構成する3つの「足」の1つである。遠隔地の石炭火力、石油火力、ガス火力、あるいは風力、波力、地熱、太陽光などの再生可能エネルギーによる発電であろうと、発電した電力を負荷に送る必要があるのだ。ここで注意したいのは、この「送電線」である。もちろん、この「送電線」は、RFの送電線とは全く関係がない。
近所や個人の風力・太陽光発電と「個人用」電力管理システム、蓄電池のような極めて局所的な電源は、長距離あるいは中距離の電線を必要としないが、ほとんどの電力システムとユーザーは、この電線を必要としている。これらの導体は、様々な性能と温度モニターを備えた高度なシステムであり、サージや雷から保護をし、コロナ放電の可能性に対処しなければならず、一見単純な機能とは裏腹に、多くの考慮事項がある。
超電導送電線には、もう一つの利点がある。超電導送電線は、損失が大幅に減少することに加え、直径が小さく、より小さな鉄塔を使用することができ、物理的に大きな従来のケーブルではスペースが足りない密集した都市部での大電力送電の解決策になる可能性がある。
超電導現象は、温度だけでなく、電流密度と磁場にも制限される。この3つのパラメータのうち1つでも臨界値を超えると、超伝導は消失し、材料は通常の導体（高温超伝導体の場合はかなり悪いもの）のようになる。しかし、適切な条件下では、超伝導体は従来の導体よりも2桁ほど大きな電流密度を扱うことができる。
このパワーラインをより実用化するための大きなブレークスルーが、いわゆる高温超伝導体（HTSまたはHTSC）の開発である。これまでの超電導体は、高価で複雑なヘリウムを使って数ケルビンまで冷却する必要があったが、HTSは77Kまで冷却すればよいので、2つの利点がある。一方、ニオブチタン（NbTi）は 9.4 K 以下でしか超電導にならず、液体ヘリウムによる冷却が必要で、製造やケーブル化が非常に困難である。
これらの HTSC が入手可能であったため、コンセプトを検証するために、いくつかの実証プロジェクトが適度な距離に設置された。その一例が、2004年から稼働しているドイツ・エッセンのダウンタウンにあるAmpaCityプロジェクトである。Nexans が提供した 1km の AC ケーブルは、高温セラミック超電導材をベースに、導電材料の内側と外側の両方で冷却水の流れを一定に保つ 3 段階の設計になっている。
また、自然界に豊富に存在する原料を用いた二ホウ化マグネシウム（MgB2）も超電導送電線の有力候補の一つである。ある情報筋は、「商業ベースでの製造が容易で安価であるため、既存の超電導材料よりもはるかに安価である」と述べている。
しかし、セラミックス系のHTS材料と異なり、MgB2には欠点がある。そのため、液体窒素だけでなく、より複雑で高価な冷却システムが必要になる。この材料を使ったケーブルは、20Kのヘリウムガスで冷却された極低温外皮と、-276Kの液体窒素で冷却された外皮で構成されている。
このほかにも、低温・高温超電導体を用いた超電導送電線の実証プロジェクトがいくつかあるが、あまり報道されていない。ケーブルの加工や設置、冷却などの技術的な問題があり、普及が難しいのだろうか。
超電導は、大型ハドロン衝突型加速器などの素粒子物理学の加速器のようなユニークな用途から、数テスラの強磁場を必要とする医療用磁気共鳴画像装置（MRI）のような主流な用途まで幅広く利用されている。しかし、これらの設備は、予測可能で制御された環境の中で、既知で制約のある発生源と負荷で明確に定義されたものである。長距離送電という世界には、超電導ケーブルや過冷却ケーブルは向かないのだろうか。設置、定期的なメンテナンス、計画外の停電や修理にかかるコストや苦痛に見合うだけの利益が得られないのかもしれない。
再生可能エネルギー貯蔵への道を拓くCO2電池
再生可能エネルギーを貯蔵する方法として、従来はリチウムイオン電池が用いられてきた。
再生可能エネルギーの生産技術は、コスト競争力、環境負荷の低さ、気候変動問題への貢献という観点から、ますます重要性を増している。しかし、再生可能エネルギーは、その性質上、断続的なエネルギー源であるなど、いくつかの制約がある。
そのため、日中に太陽光発電で得たエネルギーを蓄電し、夜間や電力需要のピーク時に系統へ放出するシステムの導入が必要となっている。
Energy DomeのCO2バッテリー：
2019年に設立され、イタリア・ミラノに本社を置くスタートアップEnergy Domeは、大気中への温室効果ガスの排出を大幅に削減し、環境問題の解決に貢献することを目的とした新技術を開発した。CO2バッテリーと名付けられたこの新技術は、実は再生可能エネルギーの生産をより安価に、かつ分散して行えるようにする長時間エネルギー貯蔵である。
Energy Domeが開発した新技術は、基本的に4時間から24時間持続するスイートスポットを持つ電気エネルギー貯蔵の一形態である。再生可能エネルギー（太陽光や風力など）が大量に利用可能なときに蓄電し、需要が高まって利用可能なエネルギーが少なくなったときに送電網に再投入することを原理としている。
Energy DomeのCEOであるClaudio Spadacini氏は、「現在、エネルギー貯蔵の主要技術はリチウムイオン電池だが、これは持続時間が2～4時間のアプリケーションに適しており、充電・放電の回数が多いことが特徴である」とし、「再生可能エネルギーを貯蔵して管理する必要がある場合、リチウムイオン電池を使用する必要がある」と述べている。
Energy Domeが特許を取得した技術は、熱力学的原理に基づいており、より正確には気体（二酸化炭素）の圧縮に始まり、大気圧と温度の初期値から高圧での二酸化炭素の液化に至るまで、様々な原理で圧縮される。そのため、化学プロセスであるリチウムイオン電池の電力貯蔵システムとは大きく異なる。さらに、エナジードームが開発したシステムは、高い圧力を必要とせず、高いエネルギー密度を実現することができる。
成果および展望：
圧縮と膨張という2つの熱力学的変換を行うだけなので、損失が少なく、圧縮空気や液体空気を作動流体とする類似システムよりも高い75%（77%±2%）の往復効率（RTE）を得ることができる。
リチウムイオン電池は公称で約95％のRTEを実現できるが、摩耗や経年劣化による性能低下のため、実際のRTEは70％～80％程度となる。また、放電深度を浅くして使用した場合、リチウムイオン電池の寿命は7～10年に短縮される。
Energy Domeは若い会社ながら、すでにイタリアのサルデーニャ島で商業用の実証プラントをスタートさせている。このほど立ち上げに成功したこのプラントに加え、発電容量20MW、エネルギー容量200MWhのスケーラブルなフルスケール・プラント2〜3基を立ち上げ、商業化のフェーズに入る予定である。
ナノチップ生産でチップ業界をリードするSamsung
Samsung Electronicsは、業界をリードする3nmプロセスノードで、新しいナノシートトランジスタアーキテクチャを使用したチップの生産を開始する計画で、これは世界初になると主張している。
世界第2位の同社は、ゲートオールアラウンド（GAA）としても知られるナノシート技術を実装し、2025年の生産にこの技術を採用することを目指すライバルのトップ企業、Taiwan Semiconductor Manufacturing Company（TSMC）をリードしています。TSMCは今年後半に3nmチップの生産を開始する予定だという。
ナノシート技術は、SamsungとTSMCが7nmと5nmのノードで使用している現在の3DチッププロセスであるFinFETの性能限界を超えることを約束するもので、ナノシートは、チップの電源電圧レベルを下げることで電力効率を改善し、駆動電流の増加によって性能を向上させることが期待されている。
Samsungは当初、ナノシート・アーキテクチャを使用して、高性能かつ低消費電力のコンピューティング・アプリケーション用チップを製造し、その後、モバイル・プロセッサを製造する予定であると、同社は報道発表で述べている。
PPAの探求：
Samsungは、チャネル幅の広いナノシートを開発し、チャネル幅の狭いナノワイヤーを使用する競合のGAA技術と比較して、より高い性能とより高いエネルギー効率を実現したという。同社は、ナノシートのチャネル幅を調整することで、電力使用量と性能を最適化し、さまざまな顧客ニーズに対応できるようになると考えている。
GAAは、電力、性能、面積（PPA）のメリットをもたらすと期待されている。Samsungは、5nmと比較して、第1世代の3nmプロセスでは、消費電力を最大45％削減し、性能を23％向上させ、面積を16％削減することができるとし、第2世代の3nmプロセスでは、消費電力を最大50％削減し、性能を30％向上させ、面積を35％削減できるとしている。
SAFEパートナーとのEDAの改善：
2021年第3四半期以降、Ansys、Cadence、Siemens、SynopsysなどのSamsung Advanced Foundry Ecosystem（SAFE）パートナーを通じて設計インフラを提供している。
Samsungにとって3nm世代は、TSMCとの差を縮めるチャンスであり、市場調査会社Gartnerによると、先進的な7nmと5nmのノードでは、2021年にTSMCが90％以上のシェアを獲得していた。
Samsungはナノシート技術を初めて採用したが、そのためにQualcommやNvidiaなどの顧客は実行リスクへの懸念からTSMCに逃げてしまったと、Bernsteinのアナリスト、Mark Li氏は指摘する。品質や歩留まり、ひいてはコストや数量が予測可能な新技術を商品化するには、準備と実行能力について慎重に判断する必要があり、そこがTSMCの差別化ポイントになるとLi氏は述べている。
GoogleがMLPerfのトレーニング勝利を祝う
MLPerfトレーニングベンチマークスコアの最新ラウンドで、Googleは8つのベンチマーク中、4つの総合トップスコアを獲得した。Nvidiaは、アクセラレータ単位でGoogleに対して2つのベンチマークで勝利を収め、さらに4つのワークロードで勝利を収めたと主張している。
今回のベンチマークでは、4096個のGoogle TPUv4や4216個のNvidia A100を搭載したシステム、GraphcoreやIntelのHabana Labsによる最新世代のハードウェアなど、世界でも最大級の最先端のハードウェアやシステムが集まった。
Nvidiaは、H100は今後のベンチマークに参加するとして、最新のH100ハードウェアを使った提出はなかった。つまり、Google、Graphcore、Habanaの最新世代のハードウェアが、2年前のNvidia A100と対決したことになる。 今回のラウンドでは、全体的にスコアの大幅な向上が見られた。
MLPerfがトレーニングベンチマークスコアの測定を開始して以来、ムーアの法則から純粋に3.5倍の向上を期待できたかもしれないが、最新のスコアでは、ハードウェアとソフトウェアのイノベーションに基づき、
実際に得られている成果はムーアの法則の10倍の速度であることが示されている。また、カンターの分析によると、最速トレーニングの結果は、最大のシステムで前回のスコアと比較して1.88倍向上し、8アクセラレータシステムでは最大50％の向上が見られたという。
Google TPUv4：
Googleは、同社のクラウド上の4096-TPUv4システムの結果を2つ提出した。同社は、このシステムを一般に公開しているという。オクラホマ州にあるGoogleのデータセンターにある当該システムは、90%カーボンフリーエネルギーで運用されており、電力使用効率(Power Use Effectivenes)は1.1と、世界で最もエネルギー効率の高いデータセンターの1つとなっている。
4096TPUv4システムの場合、ResNetで0.191分（Nvidiaの4216A100sは0.319分）、BERTで0.179分（Nvidia A100s4096は0.206分）となっており、この勝利はこのシステムの成功の証である。
また、より小さなTPUシステムで、RetinaNet（新しい物体検出ベンチマーク）を2.343分で、Mask R-CNNを2.253分で制覇した。
Googleは、8つのベンチマークのうち5つについてスコアを提出し、このスコアは以前の提出値よりも「大幅な改善」を意味すると付け加えている。数値は、平均速度向上を、次に速いGoogle以外の結果に対して1.42倍、Googleの2021年6月の結果に対して1.5倍だとした。
Googleは、TPUのソフトウェアスタックを改善するために多くの作業を行ってきたと述べている。TPUコンパイラとランタイムにおいてスケーラビリティとパフォーマンスの最適化が行われ、エンベッディングのルックアップの高速化や、複数のTPUにまたがるモデルの重み付けの改善などが行われている。
また、社内の開発チームに対して（TensorFlowから）JAXに移行していると言われているが、今回のスコアではそのような動きは見受けられなかった。今回のラウンドでGoogleが提出したのは、すべてTensorFlowに関するもので、昨年の結果では、TensorFlowとJAXの両方のスコアが含まれていたが、同じワークロードカテゴリではなかった。次のラウンドでは、JAXの方が効率的なのかどうか、何らかのヒントが得られるかもしれない。
Renesas ElectronicsがTata Motorsとのパートナーシップを発表
Renesas Electronics Corporation は、コネクテッドデバイスやエンドポイントまたはエッジインテリジェンスの世界で急速に力をつけている。最近、同社はReality AIを買収し、Arduinoに投資し、そして今、Tata Motors LtdおよびTejas Networks（いずれもTataグループ企業）との大規模な戦略的パートナーシップを発表している。このパートナーシップは、インドと新興国市場の両方に向けて、Renesasの半導体ソリューションの設計、開発、製造をサポートするものである。
表面的には、大手チップ企業がインドに開発センターを設立し、本社で開発された仕様にエンジニアリングリソースを提供するだけのように見えるかもしれない。しかし、RenesasでIoT・インフラ事業部の執行副社長兼ゼネラルマネジャーを務めるSailesh Chittipeddi氏は、EE Timesとのインタビューで、今回はそうではないことを強調している。
Renesasは、インド市場そのものが転換期を迎えており、政府がインド国内の半導体エコシステムのインセンティブに注力していることに加え、インド市場だけでなく国際的にもチャンスがある変曲点であると述べている。Renesasは、エコシステムにおいてより深いパートナーシップを形成し、Tata Motorsのような企業がインドでシステムソリューションを構築できるよう、より多くのことを行うことを検討していた。
Tata Motorsとの新しいパートナーシップは、単にデザインセンターを設立するためなのか、また、その裏にある戦略的な考えは何か？
「半導体業界の他のプレイヤーは、かなり大きな研究開発拠点を持っているが、インドでは、これまでよりもはるかに戦略的にこのことを考えなければならなかった。Tataはインドでは誰もが知っているブランドで、自動車分野ではTata Elxsiと一緒に仕事をしてきた。しかし、TCS（Tata Consultancy Services）とのパートナーシップは、システムやトップレベルのプラットフォームなど、さまざまな市場に対応するためのアプローチという点で、より上位に位置するものだと考えている。また、TCSが所有するTejas Networksや、TCSが買収したSankhya Labsも重要な役割を担っている。私たちが今持っているのは、これらのパートナーと協力して、完全なコミュニケーション・チェーンを形成し、市場のニーズに対応する能力であり、インドが第一の焦点ではあるが、Tejasが4Gや5Gの分野で世界的に事業を拡大する際には、そうした市場に対応できるよう、パートナー企業と協力していきたいと考えている」と、Chittipeddi氏は答えている。
