データセンター接続向けアクティブ電気ケーブル（AEC）の技術概要

高速データセンターにおけるAEC技術の出現

AIと高性能コンピューティングにより、データセンターはより高速な運用を求められ続けており、帯域幅と安定性に対する負荷が増しています。ワークロードの規模が拡大するほど、従来のパッシブ直接接続銅線ケーブル（DACs）では対応しきれないことが明確になります。短距離では低コストであるため依然として合理的な選択肢ですが、データレートが100 Gbpsを超えたり、距離が延びたりすると、信号損失、クロストーク、エラー率の上昇といった問題が急速に現れ始めます—特にAIクラスターでは、これらの問題を無視することはできません。

そこで登場するのがアクティブ電気ケーブル（AEC）です。各ケーブルのコネクタには電子回路が内蔵されており、信号が伝送される間に調整、整形、増幅を行います。この構成により、データをより遠くまで、より少ないエラーで伝送でき、接続を安定させることができます。そのため、データセンターでは、信号損失を気にすることなく、ラック間またはサーバー間の高速リンクをより柔軟に配置できます。LightCountingの予測によると、AIおよびクラウドデータセンターの継続的な拡大に牽引され、世界のAEC市場は2024年から2028年にかけて毎年平均約45%成長すると見込まれています。

アクティブ電気ケーブル（AEC）とは何ですか？

Active Electrical Cables（AEC）は、HiWire Allianceによって導入された高速銅線相互接続規格です。HiWire AEC仕様では電気的および機械的な設計ルールが統一されており、これらのケーブルは100G、200G、400G、さらには800Gまでのデータ伝送速度に適しています。QSFP56、OSFP、QSFP-DDなどの一般的なフォームファクターで提供されるため、既存の高速ネットワーク機器で容易に使用できます。

従来のパッシブ銅線ケーブル（DAC）とは異なり、AECはアクティブな信号調整回路を構造内に組み込んでいます。AECに統合されたイコライザーおよびリタイマーチップは、データ伝送中の信号損失と歪みを補正し、長距離でも信号が安定した状態を保つようにします。DACとAOCの間に位置するこれらは、銅線ケーブルのコスト効率を受け継ぎながら、高速インターコネクトの性能要件を満たします。このため、現代のデータセンターにおける短距離接続にとって、効率的で省エネルギーな選択肢となります。

AECケーブルの仕組み

Active Electrical Cables (AECs)を高速セットアップで安定させているのは、電気信号をリフレッシュし微調整する内蔵機能であり、伝送品質を継続的に維持します。PAM4シグナリングを使用してチャネルあたり56Gまたは112Gでは、銅線を流れる電流は減衰やジッタにより弱まったり歪んだりする傾向があり、データエラーを容易に引き起こす可能性があります。これに対処するため、AECsにはリタイマー、イコライザー、forward error correction (FEC)回路などのコンポーネントが含まれており、信号が伝わる間にクリーンアップして復元します。これらの部品により、伝送中に信号が明瞭で損傷していないことが保証されます。

信号フローの観点では、データがスイッチまたはサーバーの電気インターフェースから送信されると、まずAECの銅線構造に入り、伝送されます。信号がケーブル内を移動する際、クロストークや高周波損失などの干渉が不可避的に発生します。AEC内のアクティブチップはリアルタイムで反応し、歪んだ波形を補正してビットエラーを低減します。クロックデータリカバリ（CDR）機能を備えた内蔵リタイマーチップが信号のタイミングを再調整してジッターを平滑化し、イコライザーが高周波ロールオフを補償します。その後、オンボードアンプが信号強度を増幅するため、銅線ケーブルはより長い距離でもクリーンで信頼性の高い伝送を維持できます。

AECケーブルの主な利点

強化された信号整合性

AECケーブルには、リタイマー、イコライザー、アンプなどのアクティブ回路が組み込まれており、伝送中の電気信号を動的に補正・最適化します。これらのコンポーネントが連携することで、ジッター、クロストーク、信号歪みが低減され、次のような状況でもビットエラー率を低く抑え、安定した性能を維持します 400Gまたは800Gの速度。このようなリアルタイムの信号補正により、AECケーブルはリンク全体でクリーンかつ安定した伝送を維持しながら、大量のデータ負荷に対応できます。

伝送距離の延長

高速伝送時の距離が通常1～3メートルに限られるパッシブDACとは異なり、AECケーブルは5～7メートルにわたって高品質な信号を維持します。この長い伝送距離により、ラック間または中距離の接続に最適であり、高価な光モジュールソリューションを必要とせずに、高密度データセンターのレイアウトで柔軟な配線スペースを確保できます。

エネルギー効率とコスト上の利点

AECは光電変換を行わず、純粋な電気信号伝送を採用しているため、消費電力が低く—通常はポートあたり10–12W未満です。同等の帯域幅を持つアクティブ光ケーブル（AOCs）と比較して、AECは全体的なコストが低く、運用効率が高くなります。高性能と低消費電力の両方を重視する企業にとって、手頃な価格の選択肢です。

ケーブル管理の柔軟性を強化

データレートが上昇するにつれて、従来のパッシブDACケーブルは太くなり、曲げにくくなる傾向があるため、混雑したラック内での配線が不便になります。AECケーブルはより軽量で柔軟性が高く、曲げ半径が小さいため、はるかに簡単に設置できます。また、スリムな設計によりキャビネット内の気流が妨げられず、データセンター内を整理された状態に保ちながら、冷却効率を向上させ、メンテナンスを簡素化できます。

高い信頼性と拡張性

銅媒体の耐久性を活用することで、AECは寿命と安定性の面で光ファイバーケーブルを上回り、メンテナンスの必要性も少なくなります。100Gから800Gまで安定して動作します。最大1.6Tまで拡張できる可能性を備えており、今後何年にもわたって増大し続けるAIクラスターや高性能コンピューティングシステムの帯域幅と信頼性に対する要件を完全に満たします。

AECとDAC/ACCの比較：技術的な違いと性能比較

高速銅線インターコネクトは、一般に主に次の3種類に分類されます：Direct Attach Copper (DAC)、 アクティブ銅線ケーブル (ACC)、および アクティブ電気ケーブル （AEC）。いずれも伝送媒体として銅を使用していますが、内部アーキテクチャと信号処理方式は大きく異なり、その結果、伝送性能と適用範囲に明確な違いが生じます。

AECとDACの比較

パッシブDACは、増幅回路や補正回路を使用せず、信号がデバイスポートから銅線ケーブルを通って直接伝送されるシンプルな構造を備えています。この設計は低速または短距離では安定していますが、400Gまたは800Gの速度では信号減衰やクロストークの問題が急速に悪化します。通常、DACの有効距離はわずか2～3メートルです。AECにはリタイマーとイコライザーが組み込まれており、伝送中に信号品質を継続的に回復させ、歪みを補正します。これらのアクティブ回路により、AECは5～7メートルの距離にわたって低いビット誤り率（BER）と安定した高速通信性能を維持し、高密度データセンター向けに、より信頼性の高い相互接続ソリューションを提供します。

AECとACCの比較

アクティブ銅線ケーブル（ACC）もアクティブケーブルの一種と見なされており、主に線形増幅チップに依存して信号を強化する基本的な信号増強処理を使用します。しかし、この方式はノイズへの対処が難しく、干渉を増幅してジッターを増大させることがよくあります。一方、アクティブ電気ケーブル（AEC）は、クロックデータリカバリ（CDR）およびイコライゼーション技術を備えた高度な回路を使用します。これらのインテリジェントな部品は、信号を強化・調整するとともに、ノイズを除去します。エラーを減らし、信号を改善します。

総合的に見て、AECは性能、到達距離、電力効率、コストの間で優れたバランスを実現しています。消費電力と導入コストを低く抑えながら、5メートルを超える距離で高速かつ低エラーの伝送をサポートします。これらの利点により、AECは次世代データセンターにおける中距離・高速インターコネクトの理想的なソリューションとなっています。

高速AECの適用シナリオ

AIクラスターやハイパースケールデータセンターの構築が加速する中、アクティブ電気ケーブル（AEC）は、中距離から短距離の高速相互接続における中核的なソリューションとして台頭しています。最大800Gのデータレートで超低ビットエラー率（BER）と安定した性能を維持できるAECケーブルは、Top-of-Rack（ToR）、Mid-of-Rack（MoR）、サーバーとスイッチ間の接続など、高密度な相互接続に最適です。ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）やAIトレーニングクラスターなどの過酷な環境において、AECは電力効率とコストのバランスを保ちながら、強力な信号を提供します。

結論

AECは、高速時に従来のDACケーブルを悩ませる信号損失の問題を解決し、光ソリューションの高コストや消費電力を伴わずに安定した性能を提供します。QSFPTEKはトップクラスのネットワークソリューションプロバイダーであり、幅広い導入ニーズに対応するため、400Gおよび800Gの速度をサポートするAEC製品のフルラインアップを提供しています。これにより、企業は、より高速、低遅延、強化された信頼性を特徴とする次世代インターコネクトネットワークを構築できます。