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基板上のコネクター: 設計・製造のイノベーションのご紹介

ハイロ・ゲレーロ著
モレックス エンタープライズ ソリューション担当ゼネラル マネージャー

通信ペースはますます速くなり、データへの飽くなき欲求と相まって、コネクティビティの難問を生み出しています。チャネルのばらつきを抑えながら、データ・レートの上昇をサポートし、損失予算を削減するにはどうすればよいでしょうか?

スピードへのニーズに拍車をかけているのが、AIや機械学習といったデータ集約型のアプリケーションです。データ・レートは3年ごとに倍増し、従来のシグナル伝送だけでなく、従来の相互接続アーキテクチャーの物理的限界に負担をかけています。モレックスでは、過去を見失うことなく未来を見据えることが常に最善の道であると考えています。そのため、モレックスは、コア相互接続ビルディングブロックを継続的に拡張して、帯域幅・相互接続密度・システムアーキテクチャー要件の増大に対応できるようにしています。

当社の視点からは、お客様がスピード、密度、サイズ、電力、放熱を重視する原動力となっているものをはっきりと見通すことができます。また、最新世代のアプリケーションを強化するエンタープライズおよび次世代データ・センターアーキテクチャーのサポートに関しても、深い知識を持っています。

必要性こそ発明の母

モレックスの新製品開発について考えると、「必要は発明の母」というよく知られたことわざが真実味を帯びてきます。例として、NearStack On-the-Substrate(OTS)という製品があります。高速ケーブルアセンブリーソリューションのNearStack製品群に新たに加わったこの製品は、製品設計と製造におけるイノベーションの好例です。また、現実の接続性に関する課題を解決するための、画期的な設計でもあります。

NearStack OTSでは、チップ基板パッケージにNearStackコネクタを直接配置してASICの「コネクタ化」を可能にするDirect-to-Chipソリューションを提供したいと考えました。この銅ベースの低遅延信号経路は、チップからの高速信号を伝送する一方で、プリント回路基板(PCB)を完全に回避することを意図しています。当初は、PCBを二軸ケーブルに置き換えることが最も理にかなっており、チャネルの挿入損失を最小限に抑え、性能上の問題を軽減することができると考えていました。PCBがない分、挿入損失が減り、高密度インターコネクトで長距離の112Gbps伝送をサポートできるようになります。

しかし、それは可能なのだろうか?大きな課題でした。そこで私たちは、インターコネクトの重要な特性や機能を設計し、アプリケーションに適合させることに焦点を当てました。ASICパッケージの基板上にコネクタを配置することは、爪ほどの大きさのコネクタに機械的特性、電気的特性、熱的特性を統合することになり、非常にユニークかつ困難です。

また、同じシステム内はもちろん、他の筐体とも直接信号の相互接続を可能にしたいと考えました。幸いなことに、当社の既存のNearStack製品群を活用することで、先手を打つことができると考えていました。

モレックスの最新の発明である NearStack On-the-Substrate(OTS)について考えると、「必要性こそ発明の母」というよく知られたことわざが真実味を帯びてきます。高速伝送用ケーブルアセンブリー ソリューションのNearStackファミリーに加わったこの新製品は、製品設計と製造における革新の好例です。また、現実世界のコネクティビティに関する課題を解決するための画期的なデザインでもあります。

NearStack OTSでは、NearStackコネクターをチップ基板パッケージに直接配置することで、ASICの「コネクター化」を可能にするダイレクトツーチップ式のソリューションを提供したいと考えていました。この銅ベースの低レイテンシーシグナル用経路は、プリント基板(PCB)を完全に回避しながら、チップからの高速シグナルを伝送することを意図していました。当初、このアイデアについて議論しましたが、PCBを二軸ケーブルに置き換えるのが最も理にかなっていました。チャネルの挿入損失を最小限に抑え、パフォーマンス上の課題を軽減できるからです。プリント基板が不要になるため、挿入損失が減少し、高密度相互接続でより長距離の112Gbps伝送が可能になります。

しかし、それができるでしょうか? 当社はその後、アプリケーションに適したインターコネクトの重要な特性と機能を設計することに集中しました。ASICパッケージの基板自体にコネクターを配置するのは、爪よりも小さなサイズのコネクターに機械的・電気的・熱的特性を統合する必要があるため、独特で困難です。

また、同じシステム内だけでなく、他の筐体ともシグナルを直接相互接続できるようにしたいと考えました。幸運なことに、私たちは既存のNearStack製品ポートフォリオを活用することで、先手を打てると考えていました。

エクストリームメカニカルエンジニアリング

しかし、NearStack OTSの開発は、極めて高度なエンジニアリングを要するものでした。この取り組みには、モレックスの製品開発、エンジニアリング、および製造のエコシステム全体にわたって専門的な知識が必要でした。広範な熱研究と高度な製造は、適切な耐熱素子と完璧に整列したワイヤーと端子の接続および終端を確保するために必要でした。チームは、実績のある製品開発およびエンジニアリングプロセスを活用して、NearStack製品ラインを、シャーシ内または複数のシャーシ間の基板とPCB接続の両方に対応する1つの包括的な製造戦略に統合しました。

モレックスの専門知識は、ケーブルの正確な溶接とはんだ付け、基板へのコネクターの配置に至るまで、NearStack OTSのビジョンを実現する上で極めて重要な役割を果たしました。モレックスの製造自動化チームは、最終的な製品設計の指針として不可欠であることが証明されました。精密メカニックと自動アセンブリは、小さく複雑なワイヤとコネクターを結合し、自動化された工場ラインのオートメーションは、需要に応じてサーバーレベルのボリュームまで製造を拡大します。

設計上の障壁をすべて取り除いたエンジニアリングチームの功績は大きかったですが、NearStack OTSを実現させたのは知識の結集でした。接続性に関するノウハウ、エンジニアリングの専門知識、大量生産能力を一つの製造施設内に置くことで、この創造的な発明を、急速に拡大するモレックスのイノベーションのリストに加えることができたのです。

NearStack OTSでは、この製品を大量生産するためのあらゆる課題に取り組むと同時に、将来的に複数の設計に組み込むことができる中核的な接続ソリューションを作成しました。私たちの究極の目標は、お客様がさまざまなアプリケーションや相互接続アーキテクチャに対応するために組み合わせて使用できる汎用性の高い製品を開発し、提供することです。

相互接続のオプションメニュー

モレックスは、さまざまな機能および設計を再編成して幅広い要件を満たすことができる柔軟なオプションのフルメニューの提供に努めています。今後、コネクターがPCB、CPU、GPU、NPU、またはあらゆるASICに配置されるかどうかは問題ではなく、シームレスな接続と通信を確保できるかどうかにかかっています。

Global Market Insightsによると、自動車、通信、インダストリー4.0によってネットワーク帯域幅の需要が増加し、世界のコネクタ市場は2026年までに750億ドルを超えると予想されています。また、デジタル化の進展やスマートデバイスの普及率の上昇も、AIとともに成長を加速させると予想されます。モレックスは、スピードと俊敏性をもって継続的にイノベーションを推進するための体制を整えています。

私たちは日々の会話の中でお客様の声に耳を傾け、貴重なご意見をいただくことで接続性のギャップを解消し、将来に向けた長期的な計画立案に反映させていきます。業界へのコミットメントとして、モレックスのテクノロジー・ロードマップは5~8年先を見据え、同時進行の継続的なイノベーションによって業界のニーズを先取りしていきます。

それでも、NearStack OTSの開発は、極限のエンジニアリングの偉業でした。この取り組みには、モレックスの製品開発、エンジニアリング、製造エコシステム全体にわたる専門知識が必要でした。適切な耐熱素子と、完璧に整列された電線対端子の接続と端末を確保するためには、広範な熱研究と高度な製造が必要でした。チームは、実績のある製品開発とエンジニアリングプロセスを活用して、NearStack製品ラインを1つの包括的な製造戦略に統合し、シャーシ内または複数のシャーシ間の基板とPCB接続の両方に対応しました。

モレックスの専門知識は、ケーブルの正確な溶接とはんだ付け、および基板へのコネクターの配置に至るまで、NearStack OTSのビジョンを実現する上で極めて重要な役割を果たしました。モレックスの自動化チームは、最終的な製品設計を導く上で不可欠であることが証明されました。精密機械と自動アセンブリーは、小さく複雑なワイヤーをコネクターで接続し、自動化された工場ラインオートメーションは、需要に応じてサーバーレベルのボリュームまで製造を拡大します。

邪魔な設計上の障壁をすべて取り除いたエンジニアリングチームの功績も大きいですが、NearStack OTSに命を吹き込んだのは集団知能でした。コネクティビティのノウハウ、エンジニアリングの専門知識、大量生産能力をひとつ屋根の下にまとめたことが、この独創的な発明をモレックスのイノベーションの急成長リストに加えることを可能にしたのです。

NearStack OTSによって、私たちはこの製品を大量生産に対応させるためのあらゆる課題に取り組むと同時に、今後複数の設計に組み込むことができるコア接続ソリューションを生み出しました。当社の究極の目標は、さまざまなアプリケーションおよびインターコネクト アーキテクチャーに対応できるよう、お客様が組み合わせて使用できる汎用性の高い製品を革新的に提供することです。

相互接続オプションメニュー

モレックスは、さまざまな機能と設計を再梱包して幅広い要件を満たせる、柔軟なオプションのフルメニューを提供するよう努めています。今後、コネクターがPCB、CPU、GPU、NPU、またはあらゆるASICに配置されるかは問題ではなく、シームレスな接続と通信を確保することになるでしょう。

グローバル マーケット インサイト社によると、自動車・電気通信・インダストリー4.0によってネットワーク帯域幅の需要が高まる中、世界のコネクター市場は2026年までに750億ドルを超える見通しです。また、デジタル化の進展およびスマートデバイスの普及率の上昇も、AIとともに成長を加速させると予想されます。モレックスは、スピードと機敏さをもってイノベーションを継続的に推進するのに適した立場にあります。

当社はお客様の声に真摯に耳を傾け、その貴重なご意見を長期的な計画に反映させるとともに、コネクティビティのギャップを解消し、未来に向けた計画を立てる方法について日々話し合っています。業界へのコミットメントとして、モレックスのテクノロジーロードマップは5~8年先を見据え、同時並行的かつ継続的なイノベーションによって業界のニーズを予測しています。