データセンター向けコネクターの設計

人工知能(AI)はここ数年で非常に注目を集めており、現代生活のほとんどはAIや機械学習(ML)から何らかの形で恩恵を受けています。この成長はデータセンターへの巨大な需要を生み出しています。彼らのアーキテクチャは増加するデータ量に対応するために変化し、それを支えるインフラも並行して進化し、データセンター環境で信頼性の高い通信を提供しています。

その結果、データセンターは進化するワークロードに対応するために、高速かつ低遅延の接続ソリューションを採用しなければなりません。「分割化」と呼ばれる新たなトレンドが、このニーズをさらに重要にしています。

一般的なアーキテクチャでは、各プロセッサに独自のメモリが提供されます。これにより遅延は低くなりますが、メモリ資源の非効率な使用を招きます。要件が時間とともに変化するため、あるプロセッサは活動が少ない期間を経験し、別のプロセッサは過負荷になることがあります。その結果、過負荷のモジュールはメモリ容量が不足し、隣接モジュールには余裕がある状況が生じます。

ディスアグリゲーションは各プロセッサからメモリを取り出し、より効果的に利用できる単一のリソースをプール化します。しかし、このメモリとプロセッサの物理的分離は高性能な接続性の必要性を強調しています。

データセンターのPCIe設計上の考慮事項

最新のデータセンターアーキテクチャ向けの接続性を選ぶ際、エンジニアはAI革命の現在および将来のニーズを支えられるコンポーネントを選択しなければなりません。しかし、コネクタの選択に影響を与えるのはこれだけではありません。エンジニアは、コネクタが必要なデータスループットに対応できること、長期使用に耐えられる耐久性、そして単純なアップグレードのために既存システムと互換性があることを確認しなければなりません。周辺コンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIe)^®)は、最新のAIアプリケーションを支えるデータセンター内の高速内部データ転送のための重要なインターコネクトです。

オペレーターにとってもう一つの重要な懸念は熱管理です。計算能力需要が増加するにつれて、一部のラックは最大100kWの電力を消費しています。この電力増加は、機器が生み出す熱も同様に増加させます。データセンターの冷却に必要な労力は、全体の運用コストの最大40%を占めることがあります。^[1]アメリカ暖房・冷蔵・空調技術者協会(ASHRAE)のガイドラインによると、データセンターの推奨周囲温度は64.4°Fから80.6°F(18°Cから27°C)の範囲です。^[2]エネルギーコストが上昇する中、多くの事業者はその範囲の上限で運用しています。

コネクターは熱管理において大きな役割を果たします。現代のプリント基板(PCB)において最大級の部品であるこれらのサイズや配置は、空気の流れに影響を与え、システムの冷却効果に直接影響します。

また、温度がコネクターの性能に与える影響を理解することも重要です。アクティブコンポーネントの密度が高いか、冷却が不均一になるとホットスポットが発生します。コネクターは安全性だけでなく、コネクター自体の効率を維持するためにも高温の影響を受けないようにしていなければなりません。高温では、さらなる熱発生を防ぐためにコネクタを通過する電流を減らす必要があります。

つまり、設計者は既存インフラとの互換性、システムの能力最大化、そして使用中の冷却の必要性のバランスを取る必要があります。コネクターはこれらの考慮において非常に重要です。

次世代PCIeコネクタ

現代のエンジニアを支援するために、Amphenol FCIはPCI Express Gen 5 Flip CEMカードエッジコネクタをリリースしました。標準のPCIeインターフェースを採用しており、既に運用されていた過去世代の機器群との互換性を確保しています(図1).^[3]しかし、Gen 5コネクタの設計特徴は最新のデータセンター用途において重要な利点をもたらします。

図1:Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEMカードエッジコネクタは既存機器と互換性があり、PCBの禁止領域で最大19.5%のスペース節約を実現します。(出典:Mouser Electronics)

従来のPCIeコネクタは、2列の接点がそれぞれ180°の角度で配置されており、コネクタ本体よりも大きなPCBフットプリントを作り出します。対照的に、Amphenol Flip CEM設計は両方の接点列を同じ方向に整列させ、PCBのフットプリントを最大19.5%削減します。その結果、PCBの端に近く設置する必要がある用途に最適なコネクターが完成します。

Amphenol Gen 5 PCIeコネクタは既存機器と互換性があり、最大32GT/sまでのGen 5のフル機能を提供します。堅牢な設計は現在のデータセンターニーズに対応し、技術の進化に伴い明確なアップグレードの道筋を提供します。

結論

AI革命はより多くのデータを求める欲求を牽引しています。データセンターのアーキテクチャは、今日の要件を満たすだけでなく、将来の要求に対応できるほど堅牢で柔軟であることを確実にするために進化しています。

AmphenolはPCIeインターフェースの改良に長年の専門知識を持ち、進化するデータセンターのニーズに対応しつつ既存機器との互換性を維持するためにGen 5 Flipコネクタを開発しました。

著者

デイビッド・パイク

出典

[1]https://restservice.epri.com/publicdownload/000000003002028905/0/Product
[2]https://www.ashrae.org//File%20Library/Technical%20Resources/Bookstore/ASHRAE_TC0909_Power_White_Paper_22_June_2016_REVISED.pdf
[3]https://www.mouser.com/new/amphenol/amphenol-pcie-cem-card-edge-connectors/