エンジニアリングと製造の限界を押し広げ、224Gベースのシステムの開発と導入を成功させるには、システムアーキテクチャの完全な見直しが必要であり、設計者と実装者は今後の最適な道筋を決定する必要があります。最適なシグナルインテグリティを確保するにはどうすればよいですか？ そして、これらのシステムに関連する熱放散量の増加に対して何ができますか？ これらの疑問やその他の疑問が、堅牢で信頼性の高い224 Gbps-PAM4システムアーキテクチャを構築する上で設計考慮事項の検討の中核となります。

前例のない高速伝送用のため、224 Gbps-PAM4テクノロジーを導入すると、シグナルインテグリティのさまざまなハードルが生じます。このテクノロジーは、高い周波数と複雑な変調方式に依存していることから、伝送損失、挿入損失、クロストーク、反射、ジッターの影響を受けやすくなっています。そのため、シグナルの劣化やネットワークパフォーマンスの低下を引き起こす可能性があります。224Gデータ・センターアーキテクチャで信号の整合性を維持する上で重要な要素をいくつかご紹介します。

隣接する高速伝送用シグナル (攻撃者) によって生成される電磁干渉 (EMI) は、近くの信号 (被害者) を妨害し、転送の信頼性に影響を与える可能性があります。これは、224Gシステムの高周波数では特に困難になります。クロストークを軽減するには、適切なエンクロージャを設計し、導電性のグランドプレーンとグランドラインを実装し、シールド配線ソリューションを使用して、シグナルライン間にシールドを作成することが重要です。 

効果的な接地により、不要な電流が排除され、シグナル経路への干渉が防止されます。高周波でのクロストークのリスクを軽減するには、慎重なレイアウト計画とグランドトレースの早期準備が重要です。これらのテクノロジーにより、シグナルの完全性を維持する上で不可欠な、高周波での中断のないシグナル伝送が保証されます。

224Gシステムアーキテクチャでは、あらゆる細部が重要です。PCBやケーブルからコネクターやチップに至るまで、すべてのコンポーネントは、シグナルの減衰や歪みを軽減するための低損失特性を備えて慎重に選択する必要があります。複雑なPCBレイアウト全体でシグナルを同期するには、配線長 (電気シグナルがPCB上を伝わる物理的な距離) を正確に制御し、一致した配線を行う必要があります。また、コンポーネントの製造不良、はんだ付けの不一致、仕様外の寸法によってシステム動作や送信シグナルのノイズが容易に歪む可能性があるため、このようなシステムでは製造公差をさらに厳しくする必要があります。

224Gテクノロジーの登場に伴い、電力要件が増大し、熱管理に関するより重要な懸念が生じています。これらの課題に対処するには、どのような方法があるでしょうか？

224 Gbps-PAM4トランシーバーと機器は、前世代よりも大幅に多くの電力を消費します。データ・センターの電力インフラストラクチャは、この負荷の増加に対処できる必要があります。システムアーキテクトは、ボトルネックを回避するために、より高い容量と冗長性の両方を備えたアップグレード済みの配電ユニット (PDU) に投資する必要があります。設計エンジニアは、電力損失を最小限に抑えるために、低損失、高効率のケーブル配線を使用する必要があります。さらに、224Gシステムは、リアルタイムの需要に基づいて電力割り当てを調整できる動的電力管理 (DPM) システムを導入する必要があります。効果的なDPMは、システムのエネルギー消費を削減し、熱放散を削減することで熱管理を改善し、システム全体のパフォーマンスを向上させる上で役立ちます。入力電力の供給に関して、すべての電気システムには、公称目標値付近の異常に対する一定の許容範囲があります。224Gシステムは入力電力の品質にさらに敏感であることから、入力電力のノイズ、オーバーシュート、垂下、およびジッターの低減に特に注意を払う必要があります。  

高速伝送用データは大量の熱を発生させます。発生した熱がシステムコンポーネントから効果的に除去されない場合、コンポーネントは許容温度限界を超えたり、温度変動が発生したりする可能性があります。その結果、熱はコンポーネントのパフォーマンスに影響を与え、ハードウェアに永久的な物理的損傷を引き起こす可能性があります。このため、224Gシステム以降の設計では、熱管理を最優先にする必要があります。

効率的な冷却システムは、データ・センターの安全、信頼性、効率的な運用の鍵となります。業界全体の取り組みの一例として、オープンコンピューティングプロジェクト (OCP) 冷却環境プロジェクトは、データ・センターとそのコンポーネントを効率的に冷却するためのベストプラクティスと標準を開発するために、業界の専門家からなるチームを編成しました。224Gシステムのハードウェアのパフォーマンスは、高温の値に特に敏感です。そのため、熱設計エンジニアは、これらのシステムからの効率的な熱伝達のためにシステム内の空気の流れを最適化し、重要なコンポーネントの温度を推奨される、信頼性の高い動作限界以下に維持する必要があります。コンポーネントの温度とシステムの熱状態を継続的に監視して、問題が発生する前に熱の問題やホットスポットを特定してそれらに対処する必要があります。 

電力供給と熱管理は相関性があり、上記の戦略は両方の課題を軽減する上で役立ちます。

224Gアプリケーションは、重要な情報をほぼ瞬時に受信する必要があります。ほんのわずかな遅延でも、自動運転車、遠隔手術、産業オートメーションプロセスなどの機密性の高いアプリケーションに悪影響を与える可能性があります。あらゆる段階で遅延を最小限に抑える、あるいは排除することが重要です。システムおよび転送ラインに不均衡な遅延や意図しない遅延が発生すると、システムパフォーマンスや転送ラインの動作に大きな影響を与える可能性があります。  

システムアーキテクトは、複数のスイッチやルーターを経由するルーティングの代わりに、可能な限りデバイス間の直接接続を優先する必要があります。ネットワークノードを経由する各ホップにより、全体的な遅延が増加します。パケット処理ステップを最小限に抑えると、待ち時間も短縮されます。パケットの停止が少ないほど、パケットはシステムをより効率的に移動できます。さらに、ストップ数が少ないため、設計上の欠陥や製造公差による不均衡な遅延のリスクが軽減されます。インテリジェントなトラフィック管理と効率的なルーティングプロトコルにより、パケットは宛先に迅速に送信されます。

効率的なデータフローのために適切なコンポーネントを選択することは、レイテンシーに大きな影響を与えます。システムアーキテクチャには、224G速度専用に設計および最適化された高品質のコネクターが含まれている必要があります。低遅延動作向けに特別に設計された効率的なスイッチとルーターにより、ネットワークデバイス間の処理遅延が最小限に抑えられます。これらのコンポーネントには、カットスルースイッチング、ハードウェアオフロード、低バッファ遅延などの機能が含まれています。また、最先端の技術で製造されており、機能と性能について徹底的にテストされています。 

設計エンジニアは、高速伝送用データ・センターシステムアーキテクチャの将来性も確保する必要があります。そのためには、標準に従い、スケーラビリティの観点から考える必要があります。確立された標準に従うことは、広く入手可能なコンポーネントを使用し、そのようなシステムを大量に活用することにより、システム全体のコストを削減する上でも役立ちます。これらのアプローチは、サプライチェーンの堅牢性と信頼性をサポートし、予定通りの納品を保証します。 

最高の速度と拡張性を実現するために、OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) およびQSFP-DDが、データ・センターで使用されるプラガブルトランシーバーの著名なオープンソース標準として浮上しました。両モジュールは最大800 Gbpsの速度をサポートし、高いシグナル整合性と25～30Wの低消費電力を特徴としています。QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double-Density) およびOSFPトランシーバーは、データ・センター向けの高性能オプションを提供し、以前のバージョンの密度を2倍にし、高い転送速度を可能にし、さらに高い帯域幅需要にも対応できる将来性のあるデータ・センターを実現します。QSFP-DDおよびOSFPは、どちらもデータ・センタートランシーバーの標準として広く受け入れられており、業界において多大なサポートを受け、幅広く採用されています。

関連製品: OSFP 112 Gbps PAM-4相互接続システムおよびケーブルアセンブリー、QSFP-DDコネクターシステム 

高速伝送用データ・センターには、適応して容易に拡張できるアーキテクチャが必要です。モジュール式でスケーラブルなアプローチにより、これらの課題が簡素化されます。コンピューティングノードやネットワークスイッチなどの独立した交換可能なモジュールにより、ニーズの変化に応じてブロックを交換または追加できます。この柔軟性は、業界リーダーの共同作業であるオープンコンピューティングプロジェクト (OCP) の特徴の1つであり、その中にモレックスも積極的に参加しています。

このモジュール式でスケーラブルなアプローチを強調するOCPの取り組みは、将来のデータ・センターテクノロジーとシームレスに統合できるシステムインフラストラクチャを構築する際に生じる課題と機会に対する鋭い理解を反映しています。

モレックスの独自の共同開発アプローチは、コラボレーションをイノベーションの中核に据え続けます。モレックスは、システムアーキテクト、ハードウェア専門家、半導体専門家を結集することで、顧客と協力してカスタマイズされたデータ・センターソリューションを共同開発します。モレックスは、224Gアーキテクチャ向けに特別に設計された、包括的な高性能データ・センター製品を提供しています。モレックスは、設計プロセスの初期段階からのコラボレーションを通じて、お客様が224Gデータ・センターの大きな可能性を実現できるよう支援します。