PCIeの進化によるデータ・センターの未来への対応

人工知能（AI）、機械学習（ML）、クラウドコンピューティングが拡大するにつれて、データ・センターがデータの爆発的な増加に対処するための負担もますます増加しています。これらのワークロードには、これまでにない速度でデータを処理して保存するための、より高速で効率的なインフラストラクチャが必要です。

この変革の中核にあるのが、高速データ転送の重要なイネーブラーであるPCIe（Peripheral Component Interconnect Express）です。モダン データ・センターの増大するパフォーマンス要件を満たすために徐々に進化を遂げてきたPCIeは、データ・センターのアーキテクチャに不可欠なものとなっています。PCIeの未来には何が待ち受けており、どのようにデータ・センター ランドスケープを形成し続けていくのでしょうか。

すべてのPCIe世代は、データ集約型ワークロードをサポートするためのデータ転送速度の向上に着目してきました。例えば、PCIe 6.0は64 GTpsのデータ・レートを提供しています。これは、PCIe 5.0が提供する32 GTpsの2倍にあたり、PCIe 2.0の5 GTpsをはるかに上回ります。これらの改善は、広帯域幅と低レイテンシーが極めて重要になるAI/ML、クラウドコンピューティング、およびビッグデータ分析に対応してきました。

PCIe 6.0の特筆すべき特徴は、PAM4（4 レベルのパルス振幅変調）を使用している点です。 
 
従来のNRZ（Non-Return-to-Zero）エンコーディングはクロックサイクルごとに1ビットを送信しますが、PAM4では4つの別個の電圧レベルを使用することによってサイクルごとに2ビットを送信できます。これは、PCIe 6.0が帯域幅の消費を増やすことなくデータ・レートを2倍にすることを可能にします。この能力は、モダンワークロードが既存のインフラストラクチャを過負荷状態にしない効率性を求めていることから必要不可欠です。

データ需要の増加に伴い、PAM4変調は、PCIe 6.0だけでなく、将来の世代の基盤にもなるテクノロジーになっています。帯域幅を拡大することなくデータ・レートを大幅に向上させるPAM4の能力は、帯域幅効率性が極めて重要な環境に最適です。

ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）やAI/MLなどの用途では、大量のデータセットを最小限のレイテンシーで処理する必要があります。PAM4はスループットを2倍にすることでこれを実現するため、帯域幅を多用するワークロードに適しているのは言うまでもありません。一方で、このテクノロジーは課題ももたらします。PAM4の複数の電圧レベルはノイズにより敏感であるため、高速でデータ精度を維持することがますます困難になります。

これに対処するには、データ整合性を確保するための前方誤り訂正（FEC）やチャネル等化といった手法が不可欠です。PAM4 はこれからも、PCIe 7.0などのPCIe規格の進化に伴って、より高速なデータ転送を可能にする上で重要な役割を果たし続けるでしょう。

PCIeデータ・レートが向上するにつれて、シグナルインテグリティはより大きな課題になります。高周波転送は、挿入損失、反射損失、符号間干渉（ISI）などの問題を引き起こし、これらのすべてが信号品質を低下させます。特にPCIe 6.0以降のより高速なスピードでは、こうした問題がデータエラーやパフォーマンス低下につながる可能性があります。

PAM4はデータ・レートを向上させますが、同時に信号対雑音比（SNR）を低下させるため、システムがノイズや信号ひずみに敏感になります。信頼性に優れたデータ転送を確保するため、データ・センターはリドライバーとリタイマーを活用しています。リドライバーは信号を増幅して再形成することで減衰に対処し、リタイマーはジッターをクリーンアップして信号を再生成することによって高速時のシグナルインテグリティを向上させます。

シグナルコンディショニングに加えて、信号品質の維持にはケーブルソリューションが欠かせません。アンプとイコライザーが組み込まれたアクティブケーブルは、大規模なデータ・センターで長距離間のシグナルインテグリティを維持するために役立ちます。より短い距離では、パッシブケーブルが、信号の劣化がそれほど問題にならない場合のコスト効率性に優れた代替手段を提供します。これらのソリューションの組み合わせは、パフォーマンスを損なうことなく高速データ転送をサポートします。 

データ・センターは、コンピューティング、ストレージ、およびネットワーキングのリソースがモジュールコンポーネントに分割されている分散型アーキテクチャに移行しています。このアプローチはより優れた柔軟性と拡張性を提供するため、データ・センターがワークロードの需要に基づいてリソースを動的に割り当てることが可能になります。また、リソースがしばしばオーバープロビジョニングされる従来のモノリシックインフラストラクチャでの非効率性も回避します。 

PCIeは分散型アーキテクチャにおける重要なコンポーネントであり、コンピューティング、ストレージ、ネットワーキングのコンポーネントをリンクするために必要な高速で低レイテンシーの接続を提供します。その拡張性と柔軟性により、PCIeは分散されたリソースを効率的に接続するための理想的なソリューションになっています。 

これは、レイテンシーを最小限に抑えた超高データスループットを必要とするリソース集約型のAIやMLのワークロードにとって特に重要です。広帯域幅と低レイテンシーを実現するPCIeの能力は、データ・センターが将来的なテクノロジー拡張をサポートしながら、AI/MLの高まる需要に対応できるようにします。PCIeは、分散されたシステム間でのシームレスなデータ転送を可能にすることによって、データ・センターがますます複雑化するワークロードを管理できるようにします。

PCIe 6.0の64 GT/sのデータ・レートは目覚ましい進歩ですが、将来はさらに高速になります。PCIe 7.0のような次世代標準は、AI、ML、クラウドコンピューティングの増え続けるデータ需要を満たすために、データ転送速度をさらに高速化することが見込まれています。

進歩の中核をなすのは今後もPAM4変調であり、帯域幅のニーズを増やすことなくより高いデータスループットを実現します。PCI-SIGが主導する業界全体での標準化は、新しいPCIeテクノロジーがシステム全体にスムーズに統合されることを確実にします。互換性と拡張性の維持にはこれらの標準化取り組みが極めて重要であり、データ・センターが大きな中断を発生させることなくPCIeの進歩を取り入れられるようにします。

PCIeが進化するにつれて、モダン・データ・センターのサポートに高速インターコネクトが必要不可欠になります。これらのインターコネクトは、増大するワークロードを処理するために必要な拡張性とパフォーマンスを提供して、効率的なデータ処理とスループットを促進します。 

データ・センターがパフォーマンスの限界を押し上げる中、モレックスは、Gen 5.0からGen 7.0の最新PCIe規格を可能にする高速インターコネクトのリーダーであり続けています。モレックスは、データ・センターの進化するニーズを満たすための幅広いソリューションを提供しており、優れた信頼性を備えたシームレスで高速なデータ転送を確実にします。 

NextStreamケーブルアセンブリー: PCIe 6.0 以降をサポートするNextStreamは、コンピューティングサーバーとAIサーバー、ストレージ、およびネットワークコンポーネント間の高速で低レイテンシーの接続を提供します。高度なシグナルインテグリティテクノロジーを活用するこれらのアセンブリーは、分散型データ・センターでのレイテンシーを最小限に抑え、パフォーマンスを向上させるように設計されています。さらに、NextStreamケーブルはアクティブケーブルオプション（内部リドライバーを含む）をサポートし、薄型ケーブル（32 AWG/34 AWG）要件やより大きな信号劣化課題を抱えるシステム内の高い挿入損失バジェット要件を満たします。

NearStack PCIeコネクターシステム: PCIe 6.0 向けに最適化されたこの低プロファイルコネクターシステムは、シグナルインテグリティを強化してレイテンシーを低減する直接接続を提供し、最大64 Gbpsのデータ・レートをサポートします。熱管理を改善する設計は、ハイパフォーマンスコンピューティングやAI用途に最適です。

PCIe 7.0への準備: モレックスは、既に次世代PCIe 7.0標準への対応準備を進めており、PAM4変調などのテクノロジーを使用して帯域幅効率性を維持すると同時に、さらに高速なデータ転送速度を実現するソリューションを開発しています。

データ・センター アーキテクトは、モレックスの包括的なPCIeソリューションポートフォリオを活用することによって、インフラストラクチャがAIとMLからクラウドコンピューティングとビッグデータ分析に及ぶ未来のワークロードの要求に適応可能であることを確実にできます。数十年に及ぶエンジニアリングの専門知識と革新的な製品を誇るモレックスは、PCIeの進化における信頼のおけるパートナーになります。 
 
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