人工知能（AI）、機械学習（ML）、ストリーミング、およびその他の高性能アプリケーションは、データセンターに前例のない負担を課しています。高速化、広帯域化、低遅延化のニーズによって、今日のデータセンターは限界に挑まざるを得なくなっており、生成AIのようなアプリケーションが進化するにつれて、この課題も増大の一途をたどることが予想されます。
224G PAM4（4値パルス振幅変調）で動作するシステムは、速度、帯域幅、遅延などに関するさまざまなメリットを提供するため、データを大量に消費するアプリケーションやワークロードをサポートするデータセンターに欠かせないものとなっています。しかし、224Gでの運用は単純なアップグレードではありません。新しいテクノロジーに特化した新時代の設備が必要となります。
224G PAM4は、PAM4変調方式を利用して毎秒224ギガビットのデータレートを実現する高速データ伝送技術です。224Gはデータ伝送の次なる進化を表すもので、レートも112Gシステムの2倍になっており、生成AI、自律走行、5G/6G、ハイパフォーマンス コンピューティングといったアプリケーションの増大する帯域幅と性能要件をサポートするために使用されます。
PAM4は、1シンボルあたり2ビットのデータを表現するために4つの電圧レベルを使用するマルチレベル信号伝送方式です。データ伝送に2つの電圧レベルしか使用しない従来の非ゼロ復帰（NRZ）信号伝送（0または1）とは異なり、PAM4は4つのレベルを使用することで、2倍のデータレート（00、01、10、11）を達成できます。PAM4は、1シンボルあたり2ビットを送信することによってNRZ変調よりも低いシンボルレートで動作するため、同じデータレートを生成するときの消費電力がNRZよりも少なくなります。さらに、この帯域幅効率は、広帯域幅アプリケーションにおいてPAM4をNRZよりもスケーラブルな技術にしています。
PAM4はその構造上、シンボル同士が干渉し合うひずみの一種であるシンボル間干渉（ISI）の影響を受けやすいため、設計上、独自の考慮事項があります。ISIはビット誤り率（BER）の増加やデータ完全性の低下といった問題を引き起こす可能性があり、正確で確実なデータ伝送を必要とするクラウドコンピューティング、AI、MLなどのアプリケーションにとっては深刻な問題になり得ます。このため、高度なイコライゼーション技術を使用してPAM4ソリューションのシグナルインテグリティを管理するMolexのような信頼できるベンダーと連携する必要性は明らかです。
PAM4が224 Gbpsでのデータ伝送に適した変調方式であるのは、広帯域化効率、消費電力の削減、拡張性の向上が理由です。PAM4は1シンボルあたり2ビットを使用するため、224G PAM4はわずか112Gbaudのシンボルレートで動作します。224 Gbps-NRZシステムが同じデータレートを達成するには224 Gbaudのシンボルレートで動作しなければならないため、より多くの電力が必要になり、拡張性が制限されます。
シンボルレートと符号化方式の他にも、システム内のコンポーネント（ケーブルやコネクターなど）およびハードウェア（トランシーバーなどの）も224G PAM4をサポートするように設計する必要があります。
生成AIやハイパフォーマンス コンピューティングのような新しいアプリケーションには、224G対応のデータセンターが不可欠です。高速化、低遅延化、優れた拡張性、さらに機械的堅牢性のニーズという重責を担うのは、今日の最先端データセンターです。こうした要件はすべて224G-PAM4テクノロジーによって満たすことができますが、独自の設計要件を必要とする場合があります。
224Gネットワーキングは、112Gbpsと56Gbpsという従来の規格を大幅に上回る速度と帯域幅を実現します。速度と帯域幅の向上は、顔認識、5G・6Gの運用開始、Vehicle-to-everything（V2X）通信など、重要なアプリケーションをサポートするために必要です。高速化と広帯域化は、大量のデータを消費・生成する、極めて高度なAIモデルのトレーニングにも役立ちます。
| メリット | ||
| 224G | 112G | 56G |
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| デメリット | ||
| 224G | 112G | 56G |
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224G PAM4テクノロジーは、伝送遅延の低減にも役立ちます。伝送遅延とは、データがソースからレシーバーまで移動するのにかかる時間のことです。遅延がシステム障害やユーザーエクスペリエンスの中断を引き起こす可能性のあるアプリケーションでは、低遅延化が重要です。たとえば、ビデオ会議やAR/VRアプリケーションでは、スムーズで没入感のある体験を提供するために低遅延が要求されます。遠隔手術では、手術が安全かつ正確に行われることを確実にするためにも、極めて低い遅延が求められます。また、自律運転車両では、遅延が道路状況や周辺環境に対する車両の反応の速さに影響します。
224 Gbps-PAM4ネットワーキングコンポーネントは、旧世代のソリューションよりも機械的堅牢性を高めるように設計されています。これは、高レベルの熱や振動がシステム障害の原因となり得るデータセンター環境において、確実な動作を保証するために重要です。
広帯域幅の低遅延パフォーマンスが求められる6Gネットワーキングといった新しい革新的なテクノロジーに対応する将来性を確保するには、拡張性、柔軟性、モジュール化が欠かせません。MolexのMirror Mezz Enhancedコネクターのような224Gソリューションでは、アーキテクチャを需要の増減に合わせて迅速に拡大・縮小できるため、最も必要なときに最も必要な場所で、効率的かつ信頼性の高い動作を確実に実施できます。
224Gソリューションにとって最も要求の厳しいアプリケーションの多くはまだ登場の初期段階にあり、その採用は前例がありません。生成AIは、事業運営や消費者向けアプリケーションへの普及が急速に進んでいるだけでなく、システムやデバイスへの統合可能性も拡大しており、インフラをサポートする必要性を強調しています。また、ストリーミング、クラウド、モノのインターネット（IoT）のような確立されたアプリケーションは成長を続けていますが、進化にはより高性能なソリューションが必要です。
生成AIアプリケーションは、業界やユースケースを問わず急速に普及しています。人間と同様の品質でテキスト、画像、動画、その他の形式のメディアを生成できることで知られているこれらのアプリケーションでは、高性能化を図るためのトレーニングを行う上で膨大な量のデータが必要になります。また、何らかの入力によって返答を促すという生成AIのシンプルな運用は、大量のデータを生成します。
機械学習は、機械がデータから学習し、予測や意思決定を行い、プロセスを改善することを可能にするAIのサブセットです。そのため、MLアプリケーションの使用は、予測、不正検出、製品レコメンデーション、エネルギー配分など、企業内でも着実に増加しています。
ただし、MLアプリケーションもデータ集約型で、生成AIと同様、トレーニングのために大規模なデータセットを必要とし、MLモデルが次々とデータを生成します。
ハイパフォーマンス コンピューティングでは、従来のコンピューターには複雑すぎる計算問題を解決するために、高性能なコンピューターとソフトウェアが使用されます。HPCはすでに、科学研究、エンジニアリング、金融、製造などの幅広い分野で利用されていますが、その能力は、224 Gbps-PAM4データセンターの拡張性と組み合わせることで大幅に向上します。
デジタルツインとは、物理的な物体やシステムを仮想空間で表現したもので、その物体やシステムに取り付けたセンサーなどのデバイスから得たデータに基づいて作成されます。デジタルツインは、現在の状態の監視、将来の動作の予測、潜在的なシナリオのシミュレーションに使用できます。例えば、ハリケーンやブリザードが発生する可能性など、環境条件がトラック運送会社のロジスティクスに及ぼす影響をシミュレートする場合などです。デジタルツインは、デバイスや部品レベルでも作成でき、偶発的な落下など、使用方法による影響を予測できます。
モノのインターネット（IoT）とは、センサーやその他のデバイス内に埋め込まれた物理的なオブジェクトのネットワークで、こうしたデバイスがデータを収集し、交換することを可能にします。インターネットに接続されるIoTデバイスの数は、2030年までに300億近くに上ると予測されています。この成長は、IoTデバイスの低価格化と入手可能性の向上、データ主導のインサイトに対する需要の高まりによってもたらされるものです。
224G PAM4ネットワーキングは、IoTデバイスからのデータがクラウド経由で伝送、処理、配信できることを確実にするために不可欠なものとなるでしょう。
NetflixやYouTubeといったサービスによって家庭の必需品となり、ビデオネットワーキングの増加によって普及に拍車がかかったオーディオおよびビデオのストリーミングは、特に一般的な放送メディアに代わるものとして、今後も成長軌道をたどることが予想されます。ストリーミングは広帯域幅、高速、低遅延に依存することによって、コンテンツを常に高解像度で利用できるようにしています。
5Gネットワーキングはまだ展開中ですが、すでに6Gの初期計画も進行しています。5Gの影響が最も顕著だったのはコンスーマ向けデバイスでしたが、6Gはより職場に焦点を合わせて、インダストリー4.0など運用目標の実現に貢献すると予想されており、スピードと信頼性が一層重視されています。
自律運転車両は今後10年間で広く普及することが見込まれており、224Gネットワーキングはその展開に不可欠なものとなります。通信を効果的に行い、運転手、乗客、歩行者の安全を確保するため、自律運転車両とそれをサポートするVehicle-to-Everything（V2X）インフラには、広帯域幅で低遅延のネットワーキングが必要です。
エッジコンピューティングは、224Gデータセンターとの統合により、より強力で有能、かつ信頼性の高いものとなり、エッジネットワークがスマートホーム、遠隔医療、スマートグリッド、産業用モノのインターネット（IIoT）などのアプリケーションをよりよくサポートできるようにします。拡張現実（AR）や仮想現実（VR）のようなテクノロジーも、エッジコンピューティングの性能向上から恩恵を受け、遅延がなく没入感のある体験を生み出すことでしょう。
量子コンピューティングは、一般的なコンピューターには複雑すぎる問題を解決するために、量子力学の原理を利用します。量子コンピューティングは、ヘルスケアから研究、財務モデリングまで、多くの業界に革命をもたらすと期待されていますが、その可能性を実現するには広帯域幅のネットワーキングが必要になります。
224Gの採用は次々と誕生する新しいテクノロジーのために必要ですが、一部のコンポーネントやシステムを置き換えれば済むという単純なものではありません。導入にはいくつかの障壁があります。これらは克服できない障壁ではないものの、224 Gbps-PAM4テクノロジーを専門とし、かつ信頼できるプロバイダーと連携する必要性を明らかにしています。設計プロセスの初期段階で課題を特定し、対処することで、コストのかかるエラーを最小限に抑えることができます。
データセンター事業者は、パフォーマンスと効率を向上させる方法を常に模索していますが、新テクノロジーへのアップグレードに伴うコストや混乱にも留意する必要があります。112Gから224G PAM4ネットワーキングへの移行には、224Gでの動作が可能な新しいデバイス、コンポーネント、システムアーキテクチャが必要です。スイッチ、ルーター、ケーブルなど、既存のネットワーキング設備は置き換える必要があります。
シグナルインテグリティの問題を最小限に抑えることは、224G PAM4システムの実装における最大の技術的課題の1つです。長期的な信頼性を確保するには、設計と導入の段階で慎重な検討が必要です。シグナルインテグリティの詳細については、「224Gチャネルのシグナルインテグリティに影響を与える要因」セクションを参照してください。
異なるベンダーからの224Gネットワーキング機器間における互換性は極めて重要ですが、現在のところ、224G PAM4ネットワーキングには確立された規格がありません。つまり、データセンター事業者が224G機器を選択する際には、ネットワーク内の他の機器との互換性に注意する必要があるということです。信頼性が高く、認知度の高いソリューションプロバイダーと連携することの重要性は明らかです。
224 Gbps-PAM4は、旧世代のネットワーキングよりも複雑です。データセンター事業者には、224Gネットワークを設計し、運用して、管理するための専門知識（特にシグナルインテグリティの課題に対処する方法）が必要です。これは、社内に専門家がいない小規模なデータセンターにとっての課題であると同時に、熟練のオペレーターを獲得するための競争が激化しているハイパースケール施設にとっての課題にもなり得ます。Molexは、設計の初期段階でコンサルティングを行い、課題を認識して対処できるようにし、実装、メンテナンス、運用を容易にすることで、この問題に対処するお客様を支援します。
224Gネットワーキング機器は、旧世代よりも多くの電力を消費します。これは、エネルギー消費を削減しようとしているデータセンター事業者の障壁となる可能性があります。とはいえ、224Gbps PAM4ソリューションは、同等のNRZソリューションよりも電力効率に優れています。
こうした障壁があるにもかかわらず、データセンターは、生成AI、ML、デジタルツイン、その他の新しいアプリケーションによるデータ需要の急増をサポートするために、224Gネットワーキングを導入する必要があります。224G PAM4ネットワーキングの利点は、採用しない場合の課題やリスクをはるかに上回ります。
コネクターは、ASIC上またはその近辺、ケーブルインターフェース、ファブリックチャネル、スケールアウトチャネルでの224Gシステムアーキテクチャにおいて重要な役割を果たします。このため、使用するケーブルとコネクターの品質は特に重視されます。
一部のASICは現在、モジュールとしてPCB上に配置されており、基板対基板コネクターまたはメザニンコネクターシステムが必要です。
ファブリックチャネルは、モジュール間の高速データ転送を可能にするケーブルとコネクターシステムで構成され、設計者にアーキテクチャ選択の柔軟性を提供します。
コネクターは、銅ケーブルや光ケーブルをPCBに接続する標準化された高速銅コネクターなど、スケールアウトチャネル内の複数の場所に存在しています。さらに、フライングリードケーブルがニアチップコネクターに接続され、ASIC内またはASIC近傍に信号を伝送します。
224Gでの運用は、特に、シグナルインテグリティと機械的フォームファクターの要件とのバランスを取る際に、重大な設計上の課題が出現します。設計の初期段階でこのバランスに対処しないと、互換性のないコンポーネントを選択したり、熱管理で難題が発生したり、パフォーマンスが低下したりと、壊滅的な結果を招く可能性があります。シグナルインテグリティを優先する場合、候補となるコネクター製品のSパラメータモデルを使ったシステムレベルのモデリングアプローチを取ることが、設計を適格に行うための最善の方法です。ここでは、224Gシステムでシグナルインテグリティに影響するいくつかの要因を紹介します。
コネクターインターフェースのインターフェース、ケーブル、ランドパターンは、入力インピーダンスを定義します。これに加えて、インターフェースの物理的構造は、ピン対ピンのクロストークとコネクター本体からの放射ノイズを左右します。
I/Oピンの負荷容量とパッケージインダクタンスは、シグナルインテグリティに悪影響を及ぼします。また、PCBまたはモジュールコネクターに入るチップランドパターンは、224Gのような高周波をサポートするために広帯域でなければなりません。
回路基板は、伝送線沿いの寄生容量を介して容量性負荷が発生する可能性があります。
銅の粗さによる損失の管理は、ナイキスト以下またはナイキスト付近で動作する中域周波数帯域では極めて重要です。ナイキストに近い、またはそれを上回る周波数では、誘電損失が主流になります。クロストークは、ナイキストを最大とする特定の上限未満に最小限化して維持し、標準値を-40dBとする必要があります。
Molexは、高速データセンター向けのリーディングプロバイダーであり、スケールアップとスケールアウトの両方のアーキテクチャをサポートする包括的な製品ファミリーを提供しています。Molexの224Gソリューションは、高性能コンピューティング ワークロードの増大する需要を満たすように設計されており、データセンターが顧客のニーズを満たすためにパフォーマンスをスケールアップしたり、容量をスケールアウトしたりすることを可能にします。
Molex Inceptionは、ラックハードウェアアーキテクチャに柔軟で堅牢な高速ケーブル設計を提供する雌雄同体型の224Gバックプレーンシステムです。Inceptionケーブルアセンブリーは、ハードウェア通信アーキテクチャのバックボーンを構成し、速度と機械的堅牢性のために最適化されています。
CX2-DSニアチップコネクターがファブリックを完成させ、チップと周辺コンポーネントまたは外部接続との間に高速で低損失の接続を提供します。CX2-DS - Inceptionケーブルアセンブリーは、機械的に堅牢なコネクティビティを維持しながら、柔軟性のニーズと低損失のバランスを取っています。
このMolex 224G PAM4製品ファミリーのコンポーネントは、2コネクターケーブルバックプレーン、3コネクターシステム、4コネクターシステムを通じて複数のシャーシを相互接続することで、ハイパースケール データセンターのスケールアップを可能にするシンプルで完全なケーブル設計にまとめられています。
モジュラーハードウェアでは、アーキテクトがモジュールを追加または取り外すことで各シャーシを特定のニーズに合わせてカスタマイズし、必要に応じて電力を段階的に拡張することができます。新しいMirror Mezz Enhancedコネクターは、インピーダンス公差とクロストークを改善した224G PAM4をサポートすることで、このモジュール性を実現しています。SKUを減らすため、Mirror Mezz EnhancedではMirror Mezz製品ラインの業界をリードする密度と両性的性質も維持されています。Inception/CX2-DS相互接続ファブリックと組み合わせて使用すると、システムはバックプレーンコネクターとケーブルを使用して、別々のシャーシ間を接続できます。
Molexの次世代MSA準拠OSFP、QSFP、QSFP-DD製品ファミリーには、224G向けに作られたSMT、BiPass、直結（DAC）、アクティブ電気ケーブル（AEC）ソリューションがあります。これらの堅牢なケーブルとコネクターは、優れた機械的耐久性能、優れたシールド性能を備えており、クロストークを最小限に抑え、より高いナイキスト周波数でより優れたシグナルインテグリティ（SI）を提供します。
データの需要は留まるところを知りません。企業や人々の日常的な機能をサポートする新しいアプリケーションを可能にするために必要なのは、高速化と広帯域化のニーズを満たすことです。Molexは、224G製品およびソリューションの完全なポートフォリオを市場に先駆けて提供することで、次世代データセンターへの道を切り開いています。
お客様との共同開発というMolexのアプローチは、生成AIなどのアプリケーションをサポートする最高品質のインターコネクトソリューションをMolexが設計し、製造することを保証してきました。また、ハードウェア、アーキテクチャ、コネクティビティ、機械的整合性、シグナルインテグリティなどに関する設計の考察を専門とする多様な専門家チームが、設計の初期段階からお客様に合わせてコンサルティングを行います。
詳細については、Molexの224G製品とソリューションをご覧ください。
