Credo SRMOの標準化、AIネットワーキングにおける「最速レーン」競争に一石
Credoは10月12日、AIネットワークでは少数の光レーンをより高速化し続ける必要があるという前提に異を唱えるSRMO標準化の取り組みを開始した。Short-Reach Micro-Emitter Opticsのワークストリームは別の道筋を提示する。並列動作する、ミクロン規模の低速な発光素子を大規模アレイとして用い、データを転送する構想だ。
同社が導入したのは完成済みの標準ではない。Open Compute Projectのワークストリームを立ち上げ、参加者は2027年の承認に向けた標準策定を計画している。この違いは重要だ。採用は発光素子だけでは決まらない。モジュール、ファイバー、コネクター、受信機、シグナリング、適合性試験、システム設計が一体として機能しなければならない。
主な対抗軸となるのは、従来型の光リンクで使われる、狭帯域・高速のアーキテクチャだ。この方式は、帯域幅をますます高速化する限られた数のチャネルに集中させる。SRMOはトラフィックを数百、あるいは数千に及ぶ可能性のあるチャネルに分散し、より単純なリンクを使いながら冗長性を生み出す。
これは単なる新しいコネクターの提案ではない。Credo SRMOの標準化は、AIインフラが個々のレーンを最適化すべきか、それとも光リンク全体を並列性を軸に再設計すべきかを問うている。
Credo SRMOの標準化は、製品ではなくエコシステムから始まる
Credoは、幅広い並列光接続を相互運用可能な製品カテゴリへと転換するための標準化プロセスを開始した。
同社は、名称を明かしていないハイパースケーラー1社と、特定された光技術プロバイダー7社とともにSRMOワークストリームを発表した。参加企業はAFL、ams OSRAM、BizLink、Foxlink、Heraeus Covantics、SENKO、YOFCである。
これらの参加者は、光接続サプライチェーンの異なる領域を担う。専門分野は、発光素子、ファイバー、ケーブル、コネクター、材料、製造、システム統合に及ぶ。この広がりは重要だ。並列光リンクとして機能する仕組みは、単一の部品だけで決まるものではない。
公式発表によると、このグループはOpen Compute Project Networkingコミュニティ内で活動する。仕様については2027年のOCP承認を目指している。
計画される対象範囲には、リンク電力、効率、シグナリング、並列性、リンクバジェット、物理フォームファクター、モジュールのフットプリント、コネクターのフットプリント、適合性が含まれる。この一覧は、このプロジェクトの本当の目的を示している。
SRMOに必要なのは、光でビットを伝送する方法の定義だけではない。異なるベンダーの機器が接続し、性能を発揮し、認定を通過するための共通ルールが必要となる。
光リンクにはリンクバジェット、すなわち送信機と受信機の間で許容される利得と損失がある。サプライヤーは、こうした限界値で合意しなければ相互運用可能な部品を構築できない。同じ問題は、機械的許容差、チャネル配置、コネクター形状、信号の挙動にも当てはまる。
このワークストリームは、独自実装の増加が見込まれる状況への対応でもある。企業は、異なるファイバー、チャネル数、レイアウト、パッケージング方式を基にマイクロエミッターの試作品を作れる。そうした製品は高性能でも、互いに互換性を持たない可能性がある。
Credoは、このような分断が展開を遅らせると主張する。購入者は垂直統合型の設計や、厳しく管理されたサプライヤーの組み合わせに依存する可能性がある。コネクターや光インターフェースが異なれば、部品の交換も難しくなる。
OCPワークストリームのページは、相互運用性を中心的な目標として位置付けている。少数のチャネルを極端な速度で駆動する代わりに、ミクロン規模の光源アレイを同時に動作させる方式を説明している。
このアーキテクチャでは、物理層で予備チャネルを確保できる。個別の発光素子が故障しても、別のチャネルが代替でき、リンク全体を停止させずに済む。ワークストリームはこれをレイヤーゼロの冗長性と呼ぶ。
レイヤーゼロとは、従来のネットワーキングプロトコルより下位にある物理的要素を指す。このレベルでの冗長性は、上位レイヤーがトラフィックを再ルーティングしたり、接続を復旧したりする前に、部品故障へ対応できる。
CredoのエグゼクティブであるL.K. Bhupathi氏は、相互に適合しない部品ではなく、標準化されたアプローチが業界には必要だと述べた。この発言は、差し迫った商業上の懸念を反映している。展開のたびにカスタム統合が必要であれば、新しいリンクアーキテクチャの価値は限定的になる。
したがって、この発表はマイクロエミッター光学の位置付けを変える。孤立した研究やベンダー主導の開発から、エコシステム形成を目指す組織的な試みへと議論を移している。
ただし、SRMOが承認済みの標準になったわけではない。要件、境界、インターフェースが交渉の対象として開かれたということだ。結果として下される判断が、どの初期製品がこのカテゴリに適合し、どの製品が適応を迫られるかを決める。
AIのスケールアップおよびスケールアウトネットワークが別の選択肢を必要とする理由
AIシステムは、接続性を副次的な部品選択ではなく、設計上の制約へと変えつつある。
スケールアップネットワークは、アクセラレーターを密接に接続し、より大きなコンピューティングシステムのように動作させる。こうしたリンクには、サーバー、トレイ、ラック、または列にまたがる高帯域幅と低レイテンシが求められる。
スケールアウトネットワークは、システム数を増やしてクラスタ全体を拡張する。サーバー間やラック間のトラフィックを支え、多くの場合、より長い距離と多くのネットワーク機器をまたぐ。
両アーキテクチャは、物理的な規模と接続数の両方で拡大している。アクセラレーターが増えればリンクも増え、各リンクは消費電力、発熱、潜在的な故障、導入の複雑さを追加する。
銅線は、身近で効率的かつ信頼性が高いため、短距離では依然として魅力的だ。しかし、データレートとケーブル長が上がるにつれて信号損失は増大する。エンジニアは電力を消費し熱を発生させる等化回路や信号調整用電子回路を追加しなければならない。
従来型の光接続は到達距離を延ばすが、独自のトレードオフもある。レーザーを用いるリンクは少数の高速チャネルを使い、世代を追うごとに、これらのチャネルはより高速なシグナリングと、ますます複雑な電子回路へと向かう。
Microsoft Researchは、この対立を到達距離、電力、信頼性の選択として説明している。Mosaicの研究によれば、銅線リンクは効率的だが、要求の厳しい用途では一般に2メートル未満に制限される。一方、従来型の光接続はより遠くまで届くが、より多くの電力を消費し、異なる信頼性上の懸念を伴う。
狭帯域・高速モデルは、ファイバー数が高価だった環境向けに発展してきた。長距離ネットワークでは、各光チャネルを通じてより多くの情報を送ることに利点がある。限られた数のケーブルで、厳しい経路をまたいでトラフィックを運ばなければならないからだ。
AIデータセンターでは、最適化すべき問題が異なる。リンクは制御された施設内にとどまる一方、接続密度、電力、熱、保守性、故障率の重要性がより高まる。個々の光チャネルのスループットを最大化しても、最良のシステムにつながるとは限らない。
この圧力はスケールアップ設計で特に強い。アクセラレーターは緊密に連携した計算の過程で大量のデータを交換する。ネットワーク遅延や不安定なリンクは、高価なコンピューティングリソースを待機させかねない。
クラスタが拡大するほど、障害も無視しにくくなる。リンク単位の故障率が低くても、大規模なファブリック全体に掛け合わせれば、インシデントは増える。個別の発光素子の故障を許容するリンクアーキテクチャは、システム可用性を改善できる可能性がある。
マイクロエミッター光学は、銅線と従来型光接続の間の領域を狙う。短距離の銅線リンクより長い到達距離を求めつつ、複雑な高速光電子回路の一部を回避しようとするものだ。
この概念では、非常に高速で動作する数個のレーザーではなく、多数の小型発光素子を使う。各チャネルが運ぶデータ量は少ないが、チャネル全体として高い集約帯域幅を実現する。
この方式はしばしば「wide and slow」と表現される。「slow」は、現在の高速光レーンと比較した相対的な表現だ。低い個別レートで動作する数百のチャネルでも、合計では極めて高速な接続を実現できる。
このアーキテクチャは、AI計算の並列的な性質にも適合する。アクセラレーターはすでに多くの処理を同時並行で実行している。並列光インターフェースなら、すべてのトラフィックを少数の高度に直列化されたレーンへ押し込むことなく、複数のストリームを転送できる。
シリアライゼーションは、並列データを少数の高速ストリームに変換する。デシリアライゼーションは、宛先でその処理を反転させる。これらの機能には回路が必要で、電力、レイテンシ、設計の複雑さを増す可能性がある。
すべてのSRMO実装でシリアライザーを排除できるとは限らない。最終仕様は、完全な電気・光アーキテクチャをまだ定義していない。ただし、チャネル当たりのレートを下げることで、信号処理の負担を軽減できる可能性はある。
この可能性は、既存の銅線、プラガブル光学、シリコンフォトニクス、コパッケージドオプティクスのロードマップに影響を及ぼす。SRMOがそれらを自動的に置き換えるわけではないが、ラックおよび列規模の接続における新たな候補を加えることになる。
サプライヤーは、幅広い並列光接続が明確に異なる到達距離帯を担うのか、それとも計画中の製品と直接競合するのかを見極めなければならない。システム構築者は、その電力効率と信頼性に関する主張が新たな物理インターフェースを正当化するかを判断する必要がある。
Wide and Slow光学は複雑さの所在を変える
SRMOはエンジニアリング上の複雑さをなくすのではなく、レーン速度からチャネル数、パッケージング、アライメント、接続性へと再配分する。
従来の光技術開発は、各チャネルのレートを高めることに重点を置く場合が多い。この戦略には、より高速な送信機、受信機、コンバーター、信号プロセッサー、エラー管理システムが必要となる。
wide-and-slowアーキテクチャは反対の方向に進む。個々のチャネルのレートを下げ、その数を増やす。これにより各レーンに接続される電子回路を簡素化できる可能性がある一方、高密度の物理アセンブリが必要になる。
MicrosoftのMosaicプロトタイプは、この仕組みを示している。研究者らは100本の光チャネルを実証し、各チャネルは毎秒2ギガビットを伝送した。チームは、到達距離を最大50メートルとし、毎秒800ギガビット以上へ至る道筋を示した。
公表された結果では、光接続との比較で最大68％低い消費電力、100倍高い信頼性が報告された。また、銅線との比較では10倍の到達距離も報告されている。
これらの結果はMicrosoftの研究システムに関するものであり、未完成のOCP仕様に関するものではない。このアーキテクチャが関心を集める理由を示すものではあるが、将来のすべてのSRMO製品を実証するものではない。
このプロトタイプは、直接変調型microLED、マルチコア・イメージングファイバー、低消費電力のアナログバックエンドを使用した。microLEDは、データ伝送に十分な速さでスイッチングできる微小な発光ダイオードである。
microLEDアレイは、多数の光源を小さな領域に配置できる。その小ささは高いチャネル密度を可能にし、発光素子当たりの比較的低いコストは冗長容量を支える。
並列冗長性は故障モデルを変える。従来型リンクでは、少数の重要な発光素子のうち1つが故障すると、大幅な容量低下を招く可能性がある。幅広いリンクでは追加レーンを確保し、孤立したチャネルの故障を回避するようデータを再ルーティングできる。
システムは依然として障害を検出し、予備チャネルを管理する必要がある。SRMOの参加企業は、冗長性の運用方法、必要な予備容量、機器が性能低下をどのように報告するかを決めなければならない。
ams OSRAMは、もう一つ有用なデータポイントを示している。Opticaの業界記事で引用された社内研究によると、10メートルのリンクでエミッター当たり毎秒3ギガビットを報告した。
同社は、このリンクでビット当たり2ピコジュール未満のエネルギー消費と、10^-15未満のビット誤り率を報告している。これらは、生産環境のデータセンターシステム全体で独立して認定された結果ではなく、同社の研究結果である。
それでもこの比較は、想定される動作範囲を定める助けになる。SRMOは、1つのマイクロエミッターを200ギガビットの光レーンと競わせようとしているわけではない。その利点は、低速なエミッターを多数組み合わせて展開することにかかっている。
この判断により、パッケージングへの要求は非常に厳しくなる。数千の光チャネルでは、エミッター、レシーバー、光ファイバー、導波路、レンズ、コネクター間の正確な位置合わせが必要となる。わずかな位置ずれでも結合効率を低下させたり、チャネルを無効化したりする可能性がある。
そのため、コネクター設計は中心的な技術課題の一部となる。SENKOのエグゼクティブであるObie Roy氏は、チャネル数が数千に達する際の電力と密度の利点は、物理的なコネクター・インターフェースを適切に設計できるかどうかに左右されると述べた。
製造歩留まりも別の課題である。設計上は一部のエミッター不良を許容できるかもしれないが、生産には再現可能な配置、接合、検査、試験がなお必要だ。サプライヤーには、最終組立前に故障を特定する経済的な方法が求められる。
ファイバーの選択も重要である。従来のシリカファイバーは、確立された光学波長向けに最適化されている。一部の可視光マイクロエミッター方式には異なるファイバーまたは導波路が必要であり、データセンターでの耐久性についてはさらなる検証が必要だ。
熱特性も別の試験となる。ビット当たりのエネルギー低減は発熱を抑えられる可能性があるが、高密度に実装されたエミッターとレシーバーは依然として高電力のコンピュート機器の近くに置かれる。パッケージングは、温度変化をまたいで位置合わせと性能を維持しなければならない。
清掃および保守手順も、一般的な光接続とは異なる可能性がある。数百または数千の空間チャネルを持つコネクターは、汚染、傷、振動、繰り返しの着脱に対して異なる反応を示す可能性がある。
最終標準では、密度と現場での使いやすさを両立させる必要がある。技術者が確実に検査、清掃、交換、認定できないなら、高度に小型化されたコネクターの運用価値は乏しい。
これがCredoによるSRMO標準化の主要な仕組みである。共通ルールにより、各サプライヤーが互換性のない選択でこれらの物理的問題を解決することを防げる。
定義されたフットプリントがあれば、ケーブルおよびコネクターベンダーは共通の目標に基づいて設計できる。合意されたリンクバジェットにより、エミッターおよびレシーバー企業には既知の性能上限が与えられる。適合手順は、購入者が製品を比較する基準となる。
したがって、このアーキテクチャは1つのスケーリング課題を複数の調整課題と引き換えにする。個々のレーン速度への圧力を下げる一方、エコシステム全体の整合への圧力を高める。
標準はなお製造と導入を乗り越えなければならない
最大の不確実性は、マイクロエミッターリンクがデータを転送できるかではなく、ベンダーがそれをデータセンター規模で製造・運用できるかどうかにある。
Credoの発表には、信頼性、効率、帯域密度、導入速度に関する意欲的な主張が含まれている。これらの主張はワークストリームの目標を示すものだ。完成した標準や広範な商用展開から得られた結果ではない。
OCPのプロセスでは2027年の承認を目指している。グループが草案を公開するまで、外部の人々は正確なチャネル配置、光媒体、コネクター形状、冗長性ポリシー、適合性のしきい値を評価できない。
名前が明かされていないハイパースケーラーも、可視性を制限している。その参加は事業者の関心を示唆するが、発表では計画中の導入、購入コミットメント、認定スケジュール、対応プラットフォームは特定されていない。
標準化への参加には複数の目的があり得る。企業は仕様に影響を与え、技術を監視し、供給の選択肢を維持し、将来の調達に備えようとするかもしれない。参加だけで採用が保証されるわけではない。
参加企業のリストは幅広いが、重要なカテゴリーはなお不明確だ。発表では、アクセラレーターベンダー、スイッチチップ企業、サーバーメーカー、主要な従来型トランシーバーサプライヤーの名前が挙げられていない。
その関与は重要となる。相互接続は光コンポーネントだけでは成功できないためだ。電気インターフェース、プロトコルマッピング、管理ソフトウェア、熱設計、システム認定は、アクセラレーターとスイッチのロードマップに適合しなければならない。
グループは、SRMOをEthernet、UALink、その他のファブリックとどう関係付けるかも決める必要がある。プロトコル非依存の物理リンクは複数の標準をサポートできるが、各統合ではタイミング、エラー処理、テレメトリー、適合性に関する要件が導入される。
既存の代替技術も立ち止まらない。銅線ケーブルのサプライヤーは、アクティブ電気ケーブルとリタイマーの改良を続けている。従来型光学技術は、1.6テラビット製品、リニア設計、低消費電力のデジタル信号処理へと進んでいる。
シリコンフォトニクス企業は、より多くの機能をコンパクトな光エンジンに統合している。コパッケージド・オプティクスは光コンポーネントをスイッチング用シリコンの近くに配置し、高速電気接続の長さを短縮する。
これらの経路は、それぞれ問題の異なる部分を解決する。銅線は短距離で運用上の親しみやすさを提供する。プラガブル光学技術は確立された保守モデルを支える。コパッケージド・オプティクスは、チップやスイッチ近傍での高い帯域密度を追求する。
SRMOには、導入コストを上回る複合的な利点を持つ明確な動作領域が必要だ。パッケージング、配線、コネクターの取り扱い、認定が高コストになりすぎるなら、ビット当たりエネルギーの理論上の改善だけでは不十分である。
Microsoftの研究は有望なプロトタイプ性能を示しているが、その論文は適応とエコシステムに関する課題も記している。研究デモは、生産歩留まり、長い耐用年数、複数の認定済みサプライヤーを自動的にもたらすわけではない。
マイクロLEDの障壁に関するIEEE Computer Societyの概要では、光学材料、熱性能、長期信頼性を巡る未解決の問題が指摘されている。これらは大量導入されるインフラにとって直接的な懸念事項である。
コンポーネント冗長性にも慎重な解釈が必要だ。予備チャネルはエミッター故障から保護できるが、すべての単一障害点を排除するものではない。ドライバー回路、レシーバー、コネクター、制御電子回路、モジュール全体は依然として故障し得る。
システムの信頼性はアセンブリ全体に依存する。ベンダーは、実際の運用条件下で、段階的なチャネル劣化が成熟した代替技術より高い稼働率を生むことを示す証拠を必要とする。
試験は大きなコストになる可能性がある。数百のチャネルを備えるトランシーバーには、位置合わせ、光パワー、エラー率、予備容量、温度変化にわたる挙動を効率的に検証する方法が必要となる。
適合性は、認定を非現実的にしない範囲で厳格でなければならない。試験体制が弱ければ、名目上は互換性のある製品が同時に故障する恐れがある。体制が過度に複雑なら、サプライヤーの参入を遅らせ、コストを上昇させる可能性がある。
サプライチェーンの多様性も、掲げられた目標の一つである。標準は1社への依存を低減できるが、それは複数のサプライヤーが、ある企業の保護された実装に依存せず、交換可能な部品を構築できる場合に限られる。
知的財産の条件、リファレンス設計、製造プロセスへのアクセスが、その結果を左右する。OCPの承認が競争的な市場を自動的に生むわけではない。
Credoも結果に商業的な立場を持つ。同社のポートフォリオには、電気ケーブル、リタイマー、光コンポーネント、診断ソフトウェアが含まれる。新しいリンクカテゴリーは、AIインフラ全体で同社が担える役割を拡大し得る。
その利害が提案を無効にするわけではない。それは購入者が、エコシステムの利点とベンダーの予測を区別すべきことを意味する。独立した相互運用性イベントと事業者による認定が、より強い証拠となる。
適切な問いは、SRMOが既存の光学技術より優れているように聞こえるかではない。完全なマルチベンダーリンクが、製造、設置、長年の運用を経た後にも、主張する利点を達成できるかどうかである。
SRMOが実際の標準になるかを示す3つの兆候
今後1年で、具体的な仕様、相互運用可能なハードウェア、事業者による公開検証が示されなければならない。
第一の兆候は、測定可能な要件を備えた詳細なOCP草案である。ワークストリームは、チャネル構成、到達距離のクラス、リンクバジェット、シグナリング、電力上限、フォームファクター、コネクターの挙動、適合性確認方法を定義する必要がある。
草案は、参加者が1つのアーキテクチャに合意しているのか、それとも広範な概念を共有しているだけなのかを明らかにする。明確な必須要件は、SRMOが交換可能なコンポーネントを支えられるという根拠を強める。
曖昧なプロファイルや多数のベンダー選択肢は、その根拠を弱める。過度な柔軟性はイノベーションを維持できる一方で、ワークストリームが防ぐために設けられた分断を再び生む可能性もある。
第二の兆候は、マルチベンダーによる相互運用性デモである。異なる参加企業のエミッター、レシーバー、ファイバー、コネクター、モジュール、ホスト機器を接続すべきだ。
有用なデモでは、総帯域幅、到達距離、ビット当たりエネルギー、エラー挙動、熱条件、チャネル障害への応答を報告するだろう。また、サプライヤー間での交換または代替も示すべきである。
単一の垂直統合型プロトタイプでは、証明力が弱い。基盤技術を検証できても、相互運用性の問題は未解決のままとなる可能性がある。
最も強力なデモには、公開された仕様に基づく適合性試験が含まれるだろう。それにより、研究室での性能と標準化の取り組みが結び付く。
第三の兆候は、ハイパースケーラーによる認定である。名称未公表の事業者、または別の主要購入者が、想定する導入クラス、試験プログラム、調達タイムラインを明らかにする必要がある。
事業者による検証は、SRMOが抽象的なエンジニアリング上の課題ではなく、差し迫ったインフラ問題を解決することを示す。また、最初の市場がスケールアップ、スケールアウト、フロントエンドネットワーキング、あるいは別の接続タイプのどれなのかも明確にする。
直ちに生産コミットメントが必要なわけではない。公開された認定基準、導入試験、リファレンスアーキテクチャでも、なお価値ある証拠となる。
逆に、2027年までシステム購入者が沈黙を続けるなら、商業面の説明は弱まる。光学サプライヤーはインターフェースを標準化できるが、需要はAIクラスターを構築する組織から生まれなければならない。
CredoによるSRMO標準化は、変化する代替技術と比較して評価すべきでもある。銅線が許容可能な電力でさらに長距離まで到達できるようになれば、SRMOの機会は狭まる。従来型光学技術がより速く信頼性と効率を改善すれば、切り替えコストの正当化は難しくなる。
成功するSRMO標準は、すべてのケーブルを置き換える必要はない。銅線が限界に近づき、従来型光学技術が不要な複雑性をもたらす領域で勝てればよい。
その結果、AIシステム設計者には別のアーキテクチャ上の選択肢が与えられる。同じ電力および信頼性上の妥協を受け入れずに、ラックや列をまたいでアクセラレーターを配置できるようになる。
より広い影響として、業界が光学技術の進歩を測る方法が変わるだろう。最高の個別レーン速度よりも、総帯域幅、冗長性、エネルギー効率、保守性が重要になる可能性がある。
インフラチームにとっては、マーケティング上のラベルではなく仕様を追跡すべき時期である。ベンダーが完全なリンク測定値、相互運用可能なコンポーネント、障害時の挙動、認定条件を開示しているかを確認すべきだ。
開発者やAIユーザーがこれらのケーブルを直接選ぶことはないでしょう。それでも、クラスターの可用性、推論レイテンシ、容量、そしてアクセラレータ間でデータを移動するコストを通じて、その影響を感じることになります。
2027年のOCPプロセス、最初のベンダー横断デモ、そしてハイパースケーラーによる認定発表に注目してください。これらのシグナルを総合すれば、wide-and-slow opticsがインフラとして定着するのか、それとも魅力的な研究室レベルの成果にとどまるのかが見えてくるでしょう。
