【連載企画 - サーバー検証：設備編】PCIe5.0テスト機器はどう選ばれたのか？

Allion Labs / Eric Chen

近年のクラウドサービスの台頭に伴い、データ量が大幅に増加したことで、データコンピューティングやストレージのニーズが高まり、サーバー業界は顕著な成長を続けています。アプリケーションサービスの分野では、スマート時代の到来により、様々なニーズが生まれてきました。AIの分野では、コンピューティング速度と画像伝送帯域幅に対する需要も日々高まっています。また、5GのコネクテッドカーとIoTの急速な普及も相まって、リアルタイムの応答時間と帯域幅の要件が更に高まっています。新世代アプリケーションのニーズに対応するため、企業はサーバーのストレージを拡張するだけでなく、サーバー自体のデータコンピューティングの応答時間及び伝送速度の仕様も継続的な向上が求められています。

昨今サーバーマザーボードの高速信号伝送インターフェース規格は様々ありますが、中でもPCI Express（PCIe）は最も重要な伝送インターフェース標準仕様であり、その拡張性アプリケーションも増加しています（例：NVMe SSD、CXL等）。そのため、サーバー全体のパフォーマンスを向上させるための最速かつ最も効果的な方法は、更に高いPCIeの標準仕様を採用することです。現在、サーバー業界全体が続々とPCIe 5.0仕様の導入を開始しており、その帯域幅は前世代の2倍となっています。各チャネルが16Gbpsから32Gbpsに変わり、これは、X8では合計256Gbpsとなります。つまり、PCIe5.0x8と100Gbpsまたは200Gbpsのイーサネットとの組み合わせにより、サーバーは、これまで以上に高いスループットを必要とする現在の市場の需要を満たすことができます。

　　　　　　　　　　　　　　　　図1：ラックマウント型サーバーのイメージ

PCIe 5.0の信号伝送速度は4.0の2倍であるため、仕様ではチャネルとコネクタの損耗および反射の定義がより厳密になります。また、受信機と送信機のイコライゼーション仕様にも新しい規定があり、データレートが16GT/sから32GT/sに増加することを考慮すると、立ち上がり／立ち下がり時間が速くなり、ユニット間隔（UI）の狭まり、挿入損耗が大きくなります。発生が想定される問題全てに対し、設計およびテストプロセスにおいて特別な注意を払わなければなりません。

それでは、PCIe5.0テストに必要な機器から見てみましょう。

高精度な特定の信号測定のためのビット誤り率テスト（BERT）およびパルスパターン発生器（PPG）
出力ビットエラーレート（BER）の分析に使用されるBERTエラー検出器（ED）
帯域幅が50GHzを超えるリアルタイムオシロスコープ

PCIe 5.0の厳しい要件に対して、最も複雑なテスト、即ち複雑な受信機と送信機の両方のテスト機器を含むリンクイコライゼーション(Link Equalization)テストモードの完成によって対応する必要があります。

送信機の検証では、ソフトウェアエラー補正による信号の歪みを回避するために、アリオンは「顧客のニーズを超える」という精神を守り、1億円以上を費やして70GHz帯域幅（サンプルレート256GSa / s）オシロスコープを特別に購入しました。実際のハードウェア仕様で最も現実的な信号測定結果を提示することができます。

　　　　　　　　　　　　　　　　図2：70GHz帯域幅オシロスコープのイメージ

受信機の検証部分では、アリオンは複数のマルチチャネルを備えた複数ビットエラーレートテスター(BERTｓ)を購入しました。高速バスインターフェイス（PCIe 4.0 / 5.0、USB 3.2 / 4、Thunderbolt等）と次世代ネットワークインターフェイス（200/400 / 800Gイーサネットなど）に必要な機能とパフォーマンスを備えています。