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システム的な菘世らエネルギー削(f┫)を図るケーススタディ;携帯通信\術

「携帯電B通信の低消J電化は、出来たや端の消J電だけではなく、それらのを作るためにかかったエネルギーも考えてみなくてはならない」。英ブリストルj(lu┛)学の通信研|センターのセンター長であるJoe McGeehan教bが5月中旬、パシフィコ横pで行った講演は、半導噞にも唆の富むものであった。半導チップの低消J電化はシステム的見地から検討しなくては省エネにはならない。

CO2Q間排出量


出Z:Joe McGeehan, "Climate Change, Natural Resources and Wireless 2.0," in Wireless Technology Park 2009, and Tomas Edler, "Green Base Stations - How to Minimize CO2 Emission in Operator Networks," Ericsson, Bath Base Station Conference 2008.


を作るためにかかったエネルギーには、命が尽きて捨てるためのエネルギー、を調達し運搬したり包△靴燭蠅垢襪燭瓩離┘優襯ーなども含まれる。動作中のエネルギーでも実際の動作中での消J電だけではなく、ベースステーションなら空調エネルギーや輸送エネルギーなどが含まれる。携帯端でも充電_(d│)の電やアイドル電も含まれる。そういったものを総合して、ベースステーションではQ間13.3kgのCO2、携帯端でも10.7kgのCO2を排出するとしている。そのうちベースステーションでは動作時の電、携帯電Bは]時の電がHい。

携帯電B端では、実際に信(gu┤)を送っているときの時間を]くする、変復調のアルゴリズムを出来るだけ~素化して消J電を(f┫)らすなどの工夫が要だと指~する。システムの複雑さと共に複雑になりがちな変復調や圧縮P長のアルゴリズムを~素化するためには、エレガントな数学的な解を求める要がある。

さらにv路を再W(w┌ng)するという}もある。ソフトウエア無線のようにハードウエアを変えずにソフトウエアを入れえることによって機Δ鯤僂┐討靴泙Δ箸い(sh┫)法だと、機Δ(sh┫)式の違うチップを作り分ける要がない。すなわち]エネルギーは少なくて済むというわけだ。v路の再W(w┌ng)というT味では、リコンフィギュアラブルプロセッサという}もある。これもハードウエアの構成をソフトウエアで変える(sh┫)法である。チップを設して]するのに]エネルギーがかかる。例えば、_さ2gの32MバイトDRAMを1個作るのに要な化石\料は1.6kg、化学薬72g、水32kg、基礎的なN2ガス700gが要だとしている。ソフトウエア無線にせよ、リコンフィギュアラブルプロセッサにせよ、プログラマブルデバイスであれば、チップを新たに作り直すための]コストは要らない。

もちろん来から言われているようなLSIv路での低消J電化もある。ゲートしきい電圧を、低消J電向けトランジスタには屬欧燭蝓▲僖錙璽押璽箸筌ロックゲートを設けたり、電源電圧やクロック周S数ごとにを作ったりするようなv路アーキテクチャの工夫も要である。場合によっては、RFv路のMIMO検出_(d│)などをデジタル変換せずにアナログのまま処理するような工夫も要だという。

k(sh┫)、ベースステーションではRFパワーアンプの効率を屬欧襪海箸最優先だとしている。例えば送信電Sの出120Wをu(p┴ng)るのにベースステーションに加える電は3802Wにも達すると見積もっている。A-D/D-A変換でのロス620W、RFパワーアンプを含む送信?d─ng)v路が1920W、空調800W、その他360Wとし、残りが送信出になる。効率はわずか4%にすぎない。

これをせめて20%に引き屬欧燭ぁ△塙岷蕕靴Joe McGeehan教bは語る。そのために最もj(lu┛)きな電を消Jする霾を解析すると、パワーアンプであることがわかった。パワーアンプで効率を屬欧(sh┫)法のkつとして、エンベロープ\幅}法を使う}がある。通常のパワーアンプの最終段トランジスタにはk定の電源電圧を加えてきたが、信(gu┤)が小さいときでもその最j(lu┛)の高い電圧を加えざるをu(p┴ng)なかった。これを信(gu┤)レベルと同期させてパワートランジスタのバイアス電圧も変えてしまう(sh┫)式の\幅}法がこのエンベロープ\幅法である。信(gu┤)が小さい時にはパワーアンプの電源電圧も小さくする。このことにより無Gな電を削(f┫)できる。


(2009/06/02 セミコンポータル集室)

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