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AIデータセンター

AIデータセンター市場の拡大

AI(人工知能)の急速な発展により、AIデータセンター内では大規模なGPUクラスタ*1の構築が進んでいます。

数千~数万個のGPUが連携して動作するAIシステムでは、高速通信だけでなく、システム全体の高精度な同期制御が不可欠です。
そのため、低ジッタ・低ノイズだけでなく、狭偏差な周波数精度や高温環境下での安定動作も重要な要件となっています。

具体的には、

  • GPUサーバーの高密度化・高速化
  • 800G/1.6Tクラスの高速ネットワークへの対応
  • システム全体の同期・タイミング精度の向上

といった要件への対応が求められています。

これらを支える重要な部品が、高精度なクロック信号を生成する水晶デバイスです。

*1 複数のGPU(Graphics Processing Unit)を高速ネットワークで接続し、1つの大規模な計算システムとして動作させる構成のこと。

AIサーバーの高速・大容量通信を支える高精度水晶デバイス

AIデータセンターでは、GPUを多数搭載したAIサーバーの高性能化・高密度化が急速に進んでいます。
AIサーバー内では、GPU同士が高速リンクで接続され膨大なデータをリアルタイムにやり取りしています。
さらにサーバー間も400G/800G、将来的には1.6Tクラスの高速ネットワークで接続されるようになっています。

このようなAIサーバーでは、複数の高速デバイスが連携して動作するため、システム全体の同期精度が処理性能や通信品質を大きく左右します。
特に高速信号処理ではクロック品質が極めて重要となり、低位相ジッタ・低位相ノイズ・高精度なタイミング制御が不可欠です。

実際、AIサーバーには、以下のような性能が求められています。

  • 高速・大容量通信への対応
  • GPU間通信を支える低遅延かつ高精度同期
  • 低位相ジッタ/低位相ノイズ
  • 高密度実装に対応する部品の小型化
  • 24時間連続稼働を支える高信頼性

特にAIサーバーに欠かせない光トランシーバ、タイムカード、ネットワークインターフェースカード(NIC)、アクセラレータカードなどでは、高精度なタイミングデバイスが重要な役割を担っています。

NDKは、高精度な水晶デバイスを通じて、AIサーバーにおける高速・大容量通信と安定動作を支えています。

AIサーバー 内部構成イメージ

AIデータセンターには、システム規模に応じて数千台から数万台規模のAIサーバー(GPUサーバー)が設置されるケースがあります。

AIサーバーの通信に欠かせない光トランシーバモジュールや、AIサーバー内のタイムカード、ネットワークインターフェースカード(NIC)、アクセラレータカードなど、さまざまなコンポーネントにおいてNDKの水晶デバイスが重要な役割を果たしています。

AIサーバー向けソリューション

光トランシーバ

光トランシーバは、電気信号と光信号を相互に変換する通信モジュールです。
AIサーバーから送信された電気信号を光信号に変換し、受信側で再び電気信号へ戻すことで、高速かつ安定したデータ伝送を実現します。
高速光通信では、低位相ジッタ、高周波対応、小型化に加え、±20ppmクラスの周波数精度が要求されるケースもあります。
NDKでは、高速光通信に求められる低位相ジッタと高精度な周波数制御を実現する高品質なクロックソリューションを提供しています。

対象製品

タイムカード

タイムカードは、サーバーやネットワーク機器に高精度な時刻同期を提供するカードです。
AIデータセンターでは、多数のサーバーやネットワーク機器が連携して動作するため、システム全体で正確な時刻同期が必要になります。
そのため、短期安定度、周波数温度特性といった特性が重要になります。
そういった高精度な同期システムを支えるクロックソリューションとして、NDKの製品が活躍しています。

対象製品

ネットワークインターフェースカード(NIC)

ネットワークインターフェースカード(NIC)は、サーバーとネットワークを接続するための重要なデバイスです。
AIデータセンターでは、サーバー間で大量のデータを高速転送するため、NICが重要な役割を担っています。
そのため、高周波対応、低位相ジッタが求められます。
そのような性能を備えたNDKの水晶デバイスが、高速かつ安定したデータ通信を支えています。

アクセラレータカード

アクセラレータカードは、AI学習、推論処理、LLM(大規模言語モデル)の演算処理などを高速化するための演算カードです。
高い演算性能を安定して発揮するためには、低ジッタ、小型化が求められます。
そのような要件を満たすNDKの水晶デバイスが、AIシステムの安定した高速処理を支えています。

NDK製品が選ばれる理由

低位相ジッタ・低位相ノイズで高品質な信号を実現

【 当社水晶発振器とMEMSデバイスの位相ノイズ・位相ジッタ比較データ 】

NDKの水晶デバイスは、温度変化、振動、ノイズ、長期安定性など要求の厳しい自動車や通信基地局向けに多数の採用実績があります。
また、水晶デバイスは、PLL(Phase Locked Loop)回路を使わずに高周波を生成できるため、MEMSデバイスと比較して位相ジッタや位相ノイズを低く抑えることが可能です。
そのため、高速通信において高品質なクロックソリューションを提供できます。

+125℃対応の高信頼性で高温環境でも安定動作

※この画像はイメージ画像です。

AIデータセンター内のサーバーでは、GPUの高性能化や高密度実装に伴い、システム内部の発熱量が増加しています。そのため、高温環境下でも安定して動作するタイミングデバイスが求められています。
NDKでは、+125℃の高温動作に対応した水晶デバイスを多数ラインアップしており、高温環境下でも安定したクロック供給を実現します。
また、NDKの水晶デバイスは、ADAS(先進運転支援システム)といった厳しい温度環境と高信頼性が要求される車載用途で豊富な採用実績があります。こうした車載市場で培った高信頼性技術を活かし、AIサーバーや高速通信機器においても、24時間365日の安定稼働を支えています。

フォトリソグラフィ加工技術で小型化・高周波化に対応

水晶デバイス製造加工技術の比較

4インチサイズのウエハ

NDKでは、小型化・高周波化への対応を目的として、半導体製造技術を応用したフォトリソグラフィ加工技術を採用しています。
人工水晶を高精度に加工することで、従来の機械加工では難しかった微細かつ均一な加工を実現しています。
これにより、小型化と高周波化の両立を可能にしています。

高速通信設計を支える技術サポート

水晶振動子や水晶発振器の安定した発振を実現するには、回路とのマッチングが重要になります。
そこでNDKでは、お客様の回路条件に合わせた発振評価を実施し、水晶デバイスとの最適な組み合わせをご提案しています。
また、各種ICメーカーとの評価・認定を通じて、NDKの水晶デバイスに対応した回路図や評価データといったリファレンス情報も提供しています。
NDKは、AIサーバーや高速通信機器に求められる高精度なタイミング設計を全面的にサポートします。

AIデータセンター向け製品の選定でお困りですか?

NDKでは、AIサーバーや高速通信機器向けの水晶デバイス選定を技術面からサポートしています。

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など、以下のリンクからお気軽にお問い合わせください。

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