AIサーバーに搭載されたMicroLEDデータ送信機
シミュレーションモデルにより、性能向上の可能性について新たな知見が得られた。
AIサーバーに搭載されたMicroLEDデータ送信機
データセンターのインフラに巨額の資金が投じられているのは、最先端モデルの学習や、ChatGPTやClaudeといったエージェントの出力を駆動する推論処理の双方において、AIへの需要が急増していることを反映しています。
AIデータセンターは、プロセッサとメモリデバイスのネットワークで構成されています。 現在、コンピューティングシステムを接続するリンクの大部分は、バックプレーンやケーブルという形で銅線によって構成されています。しかし今、データセンターは、サーバー内部およびサーバー間のネットワーク帯域幅を大幅に拡大するという課題に直面しています。
従来の技術的な対応策は、これらの銅線ベースのネットワーク上で信号が伝送される周波数を高めることでした。 しかし、このアプローチはますます困難になりつつあります。動作周波数が極限まで高まるにつれ、1ビットあたりの消費電力、発熱量、システムの複雑さがすべて増大するからです。 そのため、業界では代替ソリューションが模索されています。
これが、ams OSRAMがAIデータセンターにおける高帯域幅データ転送向けに、マイクロLEDベースの光ソリューションを開発している理由です。従来の光ネットワークのアプローチは「高速・狭帯域」モードを採用しており、単一のケーブルを通じて非常に高い周波数でデータを伝送することで高帯域幅を実現しています。 一方、ams OSRAMのソリューションは異なるアプローチを採用しており、「低速・広帯域」アーキテクチャを用いています。このアーキテクチャでは、単一の高速・高出力レーザー送信機の代わりに、数百から数千個のマイクロLEDエミッタを並列に動作させます。
マイクロLEDアレイおよびそれらを駆動・制御する技術は、ams OSRAMの自動車用照明プラットフォーム「EVIYOS™」ですでに商用化されています。これは、高出力のマイクロLEDエミッタとデジタル制御回路の製造およびコパッケージングという課題を、当社が克服したことを証明しています。
しかし、データ通信で使用されるマイクロLEDも、その実装方法も、自動車用照明のものとは異なります。そして現在、マイクロLEDを活用した革新を目指しているネットワーク機器メーカーにとって、データセンターの通常の動作条件下で、そのようなシステムがどの程度の性能を発揮できるかについて、確かな実証データは限られています。
実環境下における技術シミュレーションモデルの性能
そこで、ams OSRAMは、この新技術に関する技術仕様を求めるデータセンター業界のニーズに応える方法を開発しました。当社は、実際のAIデータフローを用いて動作させた際の、マイクロLEDベースの通信リンクの性能を推定できるシミュレーションモデルを構築しました。
ams OSRAMのシステムモデルには、時間領域および周波数領域のシミュレーションに加え、ビット誤り率（BER）のシミュレーションも含まれています。 このモデルは、マイクロLED、フォトダイオード、レンズ、および信号が通過する各種光ファイバーの動作だけでなく、送信イコライザ、ドライバ、受信イコライザ、増幅器、つまりAIサーバーの光データリンクにおける電気光学フロントエンドの主要要素の動作もモデル化しています。
マイクロLEDを用いた光データ転送システムは、高密度かつ高帯域幅を実現する
コンポーネントレベルのモデルは、測定されたmicroLEDの特性と、その他のコンポーネントの物理ベースの挙動モデルを組み合わせたものです。これにより、microLEDの放射プロファイル、フォトダイオードの感度、およびファイバーの色分散やモード分散といった主要な電気的・光学的パラメータを考慮に入れることが可能になります。 その後、シミュレーションモデルは、ビット誤り率、1ビットあたりのエネルギー、信号対雑音比などの主要業績評価指標（KPI）に関する出力を生成します。
これらの KPI はそれぞれ、ユーザーが指定した動作条件やコンポーネントの選択に基づいて計算できます。ファイバーの長さや使用するファイバーの種類を変更すると、モデルは KPI がどのように変化するかを示します。また、このモデルを使用すると、特定のビット誤り率要件に合わせてモデルを最適化した場合に、性能やエネルギー消費量がどのように変化するかを確認することもできます。
その逆も同様です。このモデルを使用すれば、特定のシステム要件の組み合わせに最適化されたリンクにおける具体的な部品仕様を導き出すことができます。
現在、このモデルは、密に配置されたマイクロLEDとフォトダイオード間の電気的および光学的クロストーク、ならびにパッケージ化されたデバイスの熱的挙動も考慮するように拡張が進められています。
このシミュレーションモデルは、信号経路のさまざまな地点におけるシステムの性能を表示します。
これは、ネットワーク機器メーカーなどの潜在的なパートナーや顧客にとってどのような意味を持つのでしょうか？これにより、マイクロLEDベースのデータ相互接続の最初のハードウェア実装の設計や製造に資金を投じる前に、システムリンクの堅実なモデリングを活用できるようになります。
このシミュレーションモデルを活用することで、パートナー各社はデータリンクを構成する個々のコンポーネントに対する要件を正確に定義し、必要なコンポーネントの調達やシステム設計の実現可能性を検証することができます。
シミュレーションモデルの詳細についてご確認いただき、ご希望の構成パラメータを用いたシミュレーションを実行されることを希望される潜在的な顧客の皆様は、ぜひams OSRAMまでお問い合わせください。