次世代デジタルインフラの構築

次世代デジタルインフラの構築

プロジェクト概要

カーボンニュートラルは、製造・サービス・輸送・インフラなど、あらゆる分野で電化・デジタル化が進んだ社会によって実現されます。このため、電化・デジタル化の基盤である、半導体・情報通信産業は、グリーンとデジタルを同時に進める上での鍵となります。

中でも、パワー半導体は自動車・産業機器、電力・鉄道、家電など、生活に関わる様々な電気機器の制御に使用されており、カーボンニュートラルに向けた電化社会にとって、こうした電気機器の省電力化は極めて重要であり、特に使用電力容量が①中容量帯では自動車の電動化、②大容量帯では再エネ等の電力系統、③小容量帯ではデータセンター用電源として、電化・デジタル化に伴う需要の増加が予想されます。

また、世界のデータ量は年間約 30%のペースで急増しており、それに伴いデータセンターサーバの市場規模は拡大の一途を辿っています。今後、大規模データセンターの急増により、データセンター全体の電力消費量も増加に転じることが予想され、これまでの技術進化では、電力消費量の増加に追いつかないと予想されます。

そこで本プロジェクトは2030 年までに50%以上の損失低減と従来の Si パワー半導体と同等のコストを達成する次世代パワー半導体の開発や、現在のデータセンターと比較して 40%以上の省エネ化を実現するデータセンターの開発等を行います。

プロジェクトの特徴

〇次世代グリーンパワー半導体開発

電動車、再エネなど電力、サーバ電源等、カーボンニュートラルに向けて革新的な省エネ化が必要な分野において、次世代パワー半導体(SiC、GaN等)を使った変換器などの50%以上の損失低減と社会実装を促進するためのSiパワー半導体と同等のコスト実現に向けた低コスト化に取り組みます。

〇次世代グリーンデータセンター技術開発

サーバ内等の電気配線を光配線化する革新的な光電融合技術等により、データ集約拠点であるデータセンターの40%以上の大幅な省エネ化を目指します。

プロジェクトサマリー

■予算額

上限1,410億円

■CO2の削減効果(世界)

2030年
17,560万トン/年
2050年
44,900万トン/年

■経済波及効果(世界市場)

2030年
19.0兆円
2050年
88.0兆円

■研究開発目標

  1. 次世代パワー半導体を使った変換器などの損失を50%以上低減及び量産時に従来のSiパワー半導体と同等のコストを達成
  2. 8インチ(200mm)SiCウェハにおける欠陥密度1桁以上の削減及びコスト低減
  3. 研究開発開始時点で普及しているデータセンターと比較して40%以上の省エネ化を実現

【CO2削減効果の前提条件】

[パワー半導体]

<電動車関連>

  • 電動車のCO2排出量と日本の自動車の平均走行距離を元に、1台あたりの年間のCO2排出量を算出
  • 2030年時点の電動車の普及率を50%、2050年は100%として算出
  • 電動車の損失割合を20%、本プロジェクトによる損失改善効果を50%として削減量を算出

<再エネ等電力関連>

  • 洋上風力により発電された電力が、火力により発電された電力を代替して、送電に使用される電力変換器の損失が低減すると仮定
  • 2030年国内の洋上風力の導入量を1.68~3.68GW、2050年を45GW、世界の導入量としては2030年は234GW、2050年は1,400GWとした
  • 設備利用率(33.2%)及び火力平均の電力排出係数(0.66kg・CO2/kWh)はGI基金事業の「洋上風力発電の低コスト化」プロジェクトと同等の値を使用
  • 現行の半導体変換器による損失は2%と仮定し、本プロジェクトによる損失低減効果を50%としてCO2削減量を算出

<サーバ電源関連>

  • 2019年の世界及び国内のデータセンターの消費電力量から増加分を考慮すると、2030年、2050年の消費電力はそれぞれ下表の通り
    表 世界及び国内のデータセンター消費電力量(TWh)
    2019年2030年2050年
    国内141843
    世界200252612
  • 消費エネルギーのうち電源が占める損失は25%、本プロジェクトによる損失低減効果を50%としてCO2削減量を算出

[次世代グリーンデータセンター]

  • データセンターによる省電力化を40%とし、省電力化技術の普及率を2030年で40%、2050年で100%と仮定
  • 省電力化により削減された電力量の発電におけるCO2排出量が削減されると仮定

【経済波及効果の前提条件】

[パワー半導体]

  • 2020年のパワー半導体市場全体を約3.2兆円、2030年には約5兆円としてCAGR(年平均成長率)を計算し、2050年の市場規模を推定
  • 2050年にかけて平均的なCAGRとして10%程度を仮定して2050年の市場規模を推定

[次世代グリーンデータセンター]

  • データセンターシステムの投資額は、2019年に世界 214,902百万米ドル、国内12,056百万米ドルであり、2025年には世界271,579百万米ドル(CAGR4%)、国内 13,198百万米ドル(CAGR1.5%)と推計されている
  • 世界CAGR4%、国内CAGR1.5%のまま成長すると仮定

出所)研究開発・社会実装計画

プロジェクト実施者

【研究開発項目 1】次世代パワー半導体デバイス製造技術開発

テーマ事業者
8インチ次世代 SiC MOSFET の開発
  • ローム株式会社
次世代高耐圧電力変換器向け SiC モジュールの開発
  • 幹事東芝デバイス&ストレージ株式会社
  • 東芝エネルギーシステムズ株式会社
次世代パワー半導体デバイス製造技術開発(電動車向け)事業
  • 株式会社デンソー
次世代高電力密度産業用電源(サーバ・テレコム・FA 等)向けGaN パワーデバイスの開発
  • 東芝デバイス&ストレージ株式会社

【研究開発項目 2】次世代パワー半導体に用いるウェハ技術開発

テーマ事業者
超高品質・8 インチ・低コスト SiC ウェハ開発
  • 幹事株式会社オキサイド
  • Mipox 株式会社
高品質 8 インチ SiC 単結晶/ウェハの製造技術開発
  • セントラル硝子株式会社
次世代グリーンパワー半導体に用いる SiC ウェハ技術開発
  • 昭和電工株式会社

【研究開発項目 3】次世代グリーンデータセンター技術開発

テーマ事業者
・光エレクトロニクス技術の開発(光電融合デバイス開発、光スマート NIC 開発)
・光に適合したチップ等の高性能化・省エネ化技術の開発(省電力 CPU 開発、省電力アクセラレータ開発、広帯域 SSD 開発)
・ディスアグリゲーション技術の開発
  • 幹事富士通株式会社
  • アイオーコア株式会社
  • 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
  • 京セラ株式会社
  • 日本電気株式会社
  • キオクシア株式会社
光に適合したチップ等の高性能化・省エネ化技術の開発(不揮発メモリ開発)
  • 日本ゼオン株式会社