⚡ 200 Gbps/レーン SerDes (PAM4) 技術の解説
200 Gbps/レーン SerDes (PAM4) 技術は、データセンターの超高速通信(1.6 T や将来の 3.2 T など)を実現するための次世代の中核技術です。これは、従来の 100 Gbps /レーン技術の限界を突破し、より少ない物理配線で大容量データを伝送するために不可欠です。
1. 技術の構成要素
この技術は、「200 Gbps/レーン」の速度と「PAM4変調」を組み合わせたものです。
A. 200 Gbpsの達成(ボーレートと変調)
| 項目 | 値 | 役割 |
| データレート | 200 Gbps | 1本の物理配線(レーン)で伝送されるビット数。 |
| 変調方式 | PAM4 | 信号の振幅レベルを4段階に分け、1回の変調サイクルで 2ビット のデータを伝送します。 |
| ボーレート | 100 Gbaud | 1秒あたりの信号変化回数(シンボルレート)。 100 Gbaud X 2 bits/symbol = 200 Gbps となります。 |
B. SerDes (シリアライザ/デシリアライザ)
SerDesは、チップ内部の並列データを高速のシリアルデータに変換して送り出し、受信側で再び並列データに戻す役割を持つ回路です。200 G SerDesは、100 Gbaud の超高速アナログ信号を正確に生成・受信する能力が求められます。
2. 200 G SerDes の技術的課題
速度を 100 G から 200 G へと倍増させることは、線形に難易度が上がるのではなく、克服すべき大きな壁があります。
| 課題 | 内容 | 解決策(必須技術) |
| 信号劣化 | 信号周波数が 50 GHz を超えるため、PCB(プリント基板)配線、コネクタ、パッケージでの挿入損失(信号減衰) が急激に増加します。 | 高度なイコライゼーション(DSP)による信号の補償、低損失な配線材料の使用。 |
| ノイズ耐性 | PAM4は 2 ビットを伝送するため、従来の NRZ に比べて ノイズマージンが約 1/3 に低下します。さらに 200 G ではノイズ耐性が極度に厳しくなります。 | 高精度なアナログ回路設計と、強力な FEC (Forward Error Correction) の活用。 |
| 消費電力 | 複雑な DSP (Digital Signal Processor) 回路と高速アナログ回路の駆動により、チップの発熱と消費電力が大きく増加します。 | 低電力プロセスノード(5nm/3nmなど)の採用、LPO(DSPを省略)などの新アーキテクチャの検討。 |
3. 1.6 T (QSFP-DD1600) での役割
200 Gbps /レーン SerDes技術は、QSFP-DD1600のような高密度な 1.6 T 光モジュールを実現するために不可欠です。
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QSFP-DD1600 は、物理的なサイズを変えずに $1.6 \text{T}$ を達成するために、8レーン X 200 Gbps の構成を採用します。
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この 200 Gbps SerDesがチップに統合されることで、既存のケーブルインフラ(8レーン)を最大限に活用しながら、容量を倍増させることが可能になります。
200 Gbps SerDesの成熟は、1.6 T 製品の量産化、ひいてはAIインフラストラクチャのコスト効率と拡張性に直接影響を与える最重要課題です。
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