【コラム】

セカンド・オピニオン

51 バスのアーキテクチャ - 過去から未来へ(12)

 

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○もっと先になると?

前回YellowStoneについてちょっと触れたが、もう少し先になると光インターコネクトが現実のものになる。銅線を使う限り、伝送速度の限界は10GHz台程度といわれており、現実問題として商用ベースでは3GHz台、実験室レベルでも5GHz台が現時点での上限である。これに対して、光ファイバを使った「SONET/SDH(Synchronous Optical NETwork/Synchronous Digital Hierarchy)」では、現時点ですでに10Gbpsを実現できており、専ら速度の限界はというと光モデムの変調速度に起因するものと考えてよい。単純に考えても、ファイバ中を移動する光の速度は真空中の光の速度にかなり近い(光ファイバの材質によって多少変化する)から、これだけでも光速の3分の1程度に落ちる銅配線よりもスピードを上げやすいのは明白な訳である。

もっとも現在の技術では、光トランシーバのサイズがかなり大きいために、チップ間インターコネクトには到底適用できないが、このジャンルにおける進化は著しいものがある。例えばIntelは、Silicon Photonicsの技術にかなり注力している。2002年春のIDFで初めてこのSilicon Photonicsのデモを行って以来、少しづつ実用化に向かって進んでいる事が、毎回IDFで公開されている。短期的にはディスクリート部品の幾つかを置き換えるのが目標だろうが、長期的には全ての光トランシーバの構成要素を統合して、シリコン内に統合する形になるだろう。一方これを支える、基板上での光インターコネクト技術も少しづつ開発が進んでいる。何故かこちらは日本のメーカーが多く手がけており、ここ数年というレンジでは無理だろうが、2010年あたりには現実のものになる可能性がある。

さてこの光インターコネクトにおけるバス構成はどうなるだろうか? まず最初に登場するのは、間違いなくSerialである。これは原理を考えれば当然な話で、現在のPCI Expressを光に置き換えたような構造になる筈だ。既に実用化されているFiberChannelやGbE/10GbEなどもこの一種だ。問題はこの先である。例えば単純に倍の帯域が欲しい場合、基本的には複数本のチャネルを接続する形になる。GbEなどならTrunkと呼ばれる、複数本の物理リンクをまとめて1本の仮想リンクを作るという方式で、こうなるとSerialと呼ぶかParallelと呼ぶか、非常に難しい(というか、既にSerialとかParallelという分類が間違っているとすら言える)訳で、短期的には光インターコネクトもこの方向に進むものと思われる。ただこれは、PCI Expressの2xとか4xとかと同じトポロジーだから、強いて言えばまだSerial接続の範疇に入る。ただその先はまた違った展開が広がっている。

光ケーブルを使った場合、1本のケーブルに複数の波長の光を載せる事ができる。例えば赤と青と緑という3つの波長を使った信号を、同時に1本の光ファイバーを経由して伝達する事ができる。送る側は、それぞれの波長を発生するレーザー光源(最近は半導体レーザーなどがよく使われる様だ)を使って1本の光ファイバーに送り込み、受ける側はプリズムなどを使ってこれを各々の光に分解した上で、フォトダイオードなどで個別に受信できる。この仕組みを応用したのが「SONET/WDM(Wavelength Division Multiplexing)」である。SONET/SDHでは1つの波長を使い、10Gbps(OC-192)までの帯域を確保できるが、SONET/WDMではこれを同時に数十~最大数千ライン束ねる事ができる。現時点では、商用で数百Gbps、実験室レベルでは数千波長を束ねて3Tbps程度に達しており、理論的には100Tbps程度までの帯域を確保する事が可能だという。

勿論、短期的にはこんなスピードは光インターコネクトには不要である。大体こうしたシステムだと、トランシーバの大きさが19インチラック2~3本(2~3段ではない)近くなるものもあるほどで、到底インターコネクトに適したものではない。恐らく実際に利用する場合、せいぜいが4~8波長程度に抑えられ、高精度の光学部品の代わりにシリコンベースのフィルターなどを使う形になると思われるが、いずれにせよ配線を増やさずに帯域を増やせる貴重な技術だけに、いずれインプリメントされる事は間違いないと見られている。

面白いのは、ここでまたバスのアーキテクチャが再びパラレルに戻ると見られている事だ。SONET/WDM自体は、Trunkingを使って構成される。つまり、光回路自体は全て独立に動作し、その上位レイヤで仮想チャネルを構成する形で1本のシリアルバスとアプリケーションからは見える構造だが、SONET/WDMでこれが必要なのは

  • 信号同士の干渉を防ぐために、利用される波長がかなり広範囲に渡っている。この結果、波長の違いによる伝達速度の差が大きいため、全ての信号を同一周波数で動かすのは難しい(か、かなり周波数を下げなければならない)。
  • 利用される用途は、MAN(Metropolitan Area Network)や広域ネットワークなど、バックボーンのケースが殆どである。この結果、伝達距離は数百Kmに及ぶ事も珍しくない。こうなると、如何に光といえど伝達時間のばらつきは大きめになるため、信号毎の遅延の差が馬鹿にならない。

という現実的な理由によるものだ。ところが光インターコネクトの場合、長くて数m程度だし、マザーボード上の配線ならば最大でも数十cm程度だし、上述の様に信号の数も少ない。この程度なら、全ての信号を同期させる事は容易だし、回路規模も小さくなるというメリットがある。というわけで、暫くはSerial Busの時代が続くのだろうが、その後には再びParallel Busの時代がやって来る、と現時点では見られている。

というわけで、12回を費やしてSerialとParallelの変遷と展望をお届けしたところで、次は接続形式についてお話しすることにしたい。

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インデックス

連載目次
第421回 MCUで遊ぼう Part2 (12)
第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
第416回 MCUで遊ぼう Part2 (7)
第415回 MCUで遊ぼう Part2 (6)
第414回 MCUで遊ぼう Part2 (5)
第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
第412回 MCUで遊ぼう Part2 (3)
第411回 MCUで遊ぼう Part2 (2)
第410回 MCUで遊ぼう Part2 (1)
第409回 MCUで遊ぼう(57)
第408回 MCUで遊ぼう(56)
第407回 MCUで遊ぼう(55)
第406回 MCUで遊ぼう(54)
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