Category Archives: Server関連記事

サーバー用高速ケーブルの品質を検証する方法とは？

Allion Labs  PCIe 5.0の使用環境が徐々に形になりつつある中、潜在リスクが顕在化している？ 人工知能やクラウドコンピューティングの急速な発展に伴い、高速データ転送ニーズは増加の一途を辿り、PCI Express（PCIe）はサーバー用途で最も広く使用されている転送技術になっています。特に高性能演算HPC（High Performance Computing）サーバーとAIサーバーでは、ほとんど全てにPCIe 5.0規格が導入され、双方向のデータ転送スループットは128GB/sに達し、これら2種類のサーバーが最大のパフォーマンスを発揮できるようになりました。ただし、PCIe 5.0の周波数が16GHzに達すると、PCB基板は高周波数による信号減衰が大きくなる特性があり、製造メーカーは大きな技術的課題に直面しています。信号減衰をいかに軽減して信号伝達を高速化するかは、業界全体で解決すべき喫緊の課題となっています。これに対し関連メーカーは、より多くの高周波数ケーブルを設計に取り入れてPCIeチャネルの長さを延ばし、すべての高速デバイスを1つのサーバーに統合できるようにしています。 高周波ケーブルの「こんな特性」にはリスクが潜んでいる？ 使われる高周波ケーブルの数が増えるにつれて、高周波ケーブルの品質検証がますます重要になっています。高周波ケーブルの品質に影響を与える特性には、挿入損失（Insertion Loss）、反射損失（Return Loss）、クロストーク（Crosstalk）などがあり、これらの特性が良好でなければ、以下の潜在リスクが発生してしまいます。 1. [...]

サーバー信号品質の低下がもたらす潜在リスク

Allion Labs  最近サーバー業界で最も注目されている話題は、ChatGPTとNVIDIAがもたらした生成AI旋風です。AIサーバーも業界関係者から注目を集め始めて購入注文も出ており、AIサーバーの成長を牽引しています。市場調査機関Trend Forceの最新の予測によれば、AIサーバーの出荷数は2023年に前年比年間で38.4％増加し（約120万台）、サーバー出荷数全体の約9％を占める見込みとなっています。さらに、2026年には15％に達し、2022年から2026年におけるAIサーバー出荷数の年間平均成長率が10.8％から22％に上方修正されています。 AIサーバー内部の高速インターフェースにはPCI Express（PCIe）5.0技術が採用されており、双方向のスループットは約128GB/sに達し、大量のデータ転送と計算が必要な各種生成AIアプリケーションをサポートしており、これこそAIサーバーが成功する主な要因の一つでもあります。そのため、PCIeチャネル設計の品質検証は非常に重要であり、電気信号のアイパターン測定がPCIeの最も一般的な検証手法となっていますが、すべてのPCIe信号のアイパターンを全面的に検証するには、非常に時間がかかります。たとえば、8つのPCIe 5.0スロット（x16）を持つAIサーバーの場合、測定しなければならないアイパターンは4608個にも及び、作業完了までに9〜10日かかります。100％測定するには時間がかかるため、業界では検証時間を短縮するために部分的に測定することが多く、その測定カバレッジ率は約15〜25％程度に過ぎません。このような低い測定カバレッジ率では、不適切に設計されたチャネルを検出できないリスクが生じ、データ転送性能の低下や速度低下、深刻な場合にはGPUアクセラレータカードの接続失敗や、システムが再起動する可能性が高まります。 このようなリスクに対処するために、アリオンはPCIe電気検証自動化ソリューション（Allion PCIe Multiport System、以下APMS）を開発しました。これにより、測定の所要時間を高速化してテストサイクルを短縮し、測定装置の生産能力や回転率を向上させることができます。このAPMSは、手動テストに必要な時間を5分の1に短縮でき、前述した9〜10日かかる案件を2日で完了し、全てのpresetモードの全レーンで100％のカバレッジ率を達成することができます。 Faster、Easier、Better　―　最も信頼できるサーバー検証コンサルタント アリオンは完全な環境設備と豊富なプロジェクト経験を備えており、APMSの開発に加えて、以下のPCIeに関するコンサルティングサービスも提供しています。 1. 検証に必要な各種フォームファクタのテスト治具を提供し、お客様のニーズに合わせてカスタマイズ可能な治具を開発します。 [...]

エッジサーバーアプリケーション屋外設計時の課題と潜在リスク

Allion Labs  近年、エッジサーバーテクノロジーはさまざまな分野で急速に発展しており、スマートシティやスマートモビリティでよく使われているエッジAIやエッジコンピューティングサーバーなど、屋外環境でも広く使用されています。これらのエッジサーバーは屋外に設置されるため、防水・防塵性を考慮してファンレス設計が採用されることが多く、また設置場所を考慮して小型に設計されていることが一般的ですが、小型かつファンレス設計であるがゆえに、放熱性や耐久性に問題があります。 屋外環境での最大の課題は温度変化 例えば、熱帯地域では、夏季の高温に加えて太陽の直射日光のせいで、エッジサーバーの温度が60度以上の高温に達する可能性がある一方で、寒帯地域では冬の夜間の気温が-40度以下になることがあります。また、昼夜の温度差が大きい地域や季節によっては、温度差が40度以上に達することもあります。 屋外でのエッジサーバーアプリケーションの潜在的なリスクは次のとおりです。 ファンのない設計であれば、昼間高温になったエッジサーバーが効果的に冷却されない可能性があり、強制シャットダウンを引き起こす可能性がある 夜間の低温のせいで電子コンポーネントの動作しなくなり、エッジサーバーが起動しなくなる可能性がある 長時間にわたる昼夜の温度変化により、エッジサーバーの寿命が短くなる可能性がある 上記の潜在的なリスクによりエッジサーバーの故障が起こると、スマートシティやスマートモビリティが「スマート」に機能しなくなり、さまざまな混乱や交通事故の原因となる可能性があります。 上記の3つの潜在リスクに対処するために、アリオンは評価に関する一連のコンサルティングサービスを提供することができます。 動作モードでの最高温度と最低温度の最大限界値を評価する 損傷して修復不可能な最高温度と最低温度の極限値を評価する 展開された屋外環境での使用シナリオに基づいて混合テスト（高温/低温）をシミュレーションし、正常に動作するか確認する 極限値に基づいて予想保証期間を評価する [...]

輸送用機器のサーバーにおける「脅威」とは？

Allion Labs  高性能サーバー演算の重要性 インフォメーションテクノロジーで強化されたデジタル時代において、より高性能で安定した計算が求められています。こうした需要が増加し続け、テクノロジーも進化を続けることで、サーバーの計算性能は加速度的に向上しています。さらに、サーバーの大きさは縮小し続ける一方で、サーバーのアプリケーションは集中型データセンターからエッジコンピューティング、さらにはエンドプロダクトにまで拡大しています。移動で使う輸送用機器もサーバーの重要なアプリケーションの一つで、航空、海運、陸運、普段の生活から軍事や科学などの特定の用途に至るまで、輸送用機器が移動する際に起こるさまざまな状況に対処するためにサーバーが使われています。車載サーバーを例に挙げれば、交通状況の検知や異常事態を迅速に処理して通知し、障害物の回避や緊急ブレーキをサポートしていますが、いずれも高性能サーバーの計算によって、こうした迅速な処理が実現しています。 3大脅威に対処するために、どのように評価して保護措置を実行すべきか？ 輸送用機器のサーバーが故障すると、非常に深刻な影響を引き起こし、個人または多くの人々の生命が脅かされる可能性があります。 輸送用機器のサーバーが故障する最大の潜在的なリスクは、「長時間の高温/低温や、激しい温度変化」と「移動中の振動」です。 長時間の高温または低温は、サーバーの強制シャットダウンを引き起こす可能性がある 激しい温度変化は、電子部品の急激な熱膨張と収縮を引き起こし、故障の原因となる可能性がある 振動が続くと部品の緩みや脱落を引き起こす可能性があり、サーバーの故障につながる 航空機を例にとると、離陸時と着陸時に急激な温度変化が発生し、一定高度の飛行時には極端な低温環境にさらされ、飛行中は常に振動が発生します。 一方、自動車も似たような状況に遭遇する可能性があります。氷雪や砂漠のような過酷な気候で走行することがあり、走行中に振動が継続して発生し、道路状況によっては急激なアップダウンがあるかもしれません。 上述した3つの潜在的なリスクに対し、アリオンは以下のような包括的なコンサルティングサービスを提供します。 動作モードにおける最高温度と最低温度、振動の最大限界値を評価する 損傷後に復元できない最高温度と最低温度、振動限界値を評価する [...]

サーバー高速アドインカードの機能が動作しない背景と原因

Allion Labs  テクノロジーの進化に伴いに、高周波/高速の転送規格も向上し続けており、サーバー産業で広く使用されているPCIe技術もその一つです。現在の製品でサポートされているPCIe 5.0を例にとると、周波数は16GHzに達し、転送速度は32GT/sになります。しかし、高周波によりPCB基板の信号減衰が増加するという特性から、メーカーは製品開発においてより大きな課題に直面しています。こうした信号の伝送距離と減衰の問題を解決するために、ケーブルを使用する設計が増えており、高速コネクタとケーブル応用の多様化が進んでいます。 互換性の問題の下に隠れている潜在的なリスク 高周波の特性に対する注意だけでなく、高速コネクタの量産時において、メカニカルの精度が安定しているかも無視できない重要なポイントです。精度が安定していない場合、他のメーカーのボードやケーブルとの互換性の問題が発生する可能性が非常に高くなります。 簡単な例を挙げると、高速コネクタのサプライヤーが3つあり、それぞれ異なるボードやケーブルと組み合わせる場合、単純にこれだけでサーバーの製造組み立てプロセスで9つの異なる組み合わせが生まれます。そのうちの1つに互換性の問題が発生した場合、その組み合わせで組み立てられたサーバーは、出荷時に以下の潜在的なリスクに直面する可能性があります：  1. 位置ずれ（Misalignment） 両端のサプライヤーが仕様の公差許容範囲の上下限の位置に設計している場合、生産時に各コネクタの公差精度を確実かつ安定して制御できないと、位置ずれの互換性の問題が発生し、それによりボードやケーブルの接続後に機能が失われる可能性があります。  2. ピンの接触面積が小さすぎる  ボードやケーブルの接続後に機能は正常でも、ピンの接触面積が小さすぎるため、信号の反射と減衰が生じ、データ転送速度と安定性に影響を及ぼす可能性があります。 サーバー分野において、高速コネクタをボードに組み合わせる際、両端のピンの位置ずれが発生したせいで、ボードの機能が起動できないという事例が過去に実際にありました。その原因は、異なるサプライヤー間の組み合わせによる互換性の問題でした。大量に出荷され、エンドカスタマーがサーバーを展開し始めた時になって上記の潜在的なリスクが明らかになれば、メーカーはそのロットのサーバーを回収して交換しなければならず、エンドカスタマーのサーバー展開と関連サービス提供のスケジュールを遅延させるだけでなく、会社の評判や製品イメージ、収益に深刻なダメージを受けることになります。 Faster, [...]

AIと高速演算時代の到来：ホワイトボックスサーバーに潜むリスクとは？

Allion Labs  32GT/sのPCIe 5.0製品が市場に登場したことで、高速演算とAI人工知能の効果が顕著になっています。特に生成AIがすぐに人々の日常生活に浸透し、次第に様々な産業で重要な役割を果たすと同時に、高速伝送へのニーズも増加しています。この影響からサーバー市場は持続的な成長を続け、サーバーの世代アップグレードサイクルも短縮しています。 こうした中、個別のサーバー運用環境に最適化した設計のニーズが拡大しています。カスタマイズしたサーバーを購入したお客様にとって、運用コストの削減できる利点がありますが、分散調達後のケース、マザーボード、ストレージデバイスなどの組み立てによるシステム安定性は懸念されます。 さらに、マザーボードに高速のPCIe 5.0技術が導入され始めると、このようなサーバーはより深刻な潜在リスクに直面する可能性が高いと考えられます。 ホワイトボックスサーバーに潜む5大リスク  1. 冷却効果の不均衡  PCIe 5.0をサポートするCPUのTDP（Thermal Design Power）は350W以上で、冷却要件が非常に高くなっています。マザーボードによってCPUの設計位置が異なり、ケース内のファンに完全に対応することができないため、CPUの冷却が均一にならない問題が発生する可能性があります。  2. [...]

サーバーの安定性要件 – 振動と機械的衝撃

Allion Labs  毎日数十億もの人がインターネットを利用し、絶えずデータがクラウドに生成・保存されています。これらのデータは、ストレージサービスを提供する企業やプラットフォームによって、数百万にも上るハードディスクを備えたデータセンターに保存されます。データを保存・処理するためのコンピュータハードウェアデバイスであるサーバーは、通常ラックに取り付けられ長時間稼働する必要があります。個人用パソコンのハードディスクと似ていますが、サーバー内に取り付けられたハードディスクは、サイズが大きく数も多いです。サーバーデータ処理センターには、多くのハードディスクが上下に積み重ねられ、所謂筐体（シャーシまたはケース）内に配置され、複数の筐体がキャビネット内に配置されます。データセンターには非常に多くのキャビネットがあり、インターネットユーザーは、リモートでハードディスク内のデータにアクセスしているわけです。 しかし、ハードディスクは振動に非常に敏感であり、振動でハードディスクが損傷する場合があります。ストレージユニット全体には主に3つの振動源があり、ハードディスクの性能低下を引き起こします。 冷却用ファンの音による負荷 ストレージユニット上のファン振動の負荷、筐体を伝わって発生する振動と共振 ハードディスク自体の振動負荷 振動問題に対する研究は、励振（excitation）、システム、レスポンスの定義方法に関するものや、これら3つの関係を研究したものばかりです。励振は作用力およびエネルギーの源で、レスポンスは私達が関心を寄せる励振作用を受けた位置での振動反応のこと、システムは機械波が励起からレスポンスまでの間に物体を通過する範囲をそれぞれ指します。 例えば、サーバー内のハードディスクは、特定の周波数で大きな回転振動を受けると、性能が大幅に低下します。こうした問題では、ファンが励振源、ハードディスクと筐体の接続部の振動反応がレスポンス、筐体と関連する接続部品がシステムとなります。例えば、サーバー筐体の構造を設計する人は、自身の設計で冷却ファンを装着した後、ハードディスクの取り付け部の回転振動レスポンス特性がどうなるのか、特定の周波数で振幅が過大になるかどうか気にして設計します。 そのため、サーバーが極端な環境下で正常に動作するように、信頼性テストや耐久性テストなどの一連の関連テストを実施する必要があります。その中には、振動テストや機械的衝撃テストが含まれます。 1. 振動テスト：実際の作業環境で発生する可能性のある振動環境をシミュレーションするため、サーバーを異なる周波数や振幅の機械振動にさらします。これにより、サーバーがこのような環境で正常に動作し、ハードウェアコンポーネントに損傷や障害を引き起こすかどうかを確認することができます。 2. 機械的衝撃テスト：サーバーに突発的な衝撃を与え、予期しない衝突や落下に耐えられるかをテストします。これにより、サーバー輸送中に物流会社の運搬に耐えられるか、実際の使用中にどの程度の衝撃に耐えられるかを確認することができます。例えば揺れる車両の上など、サーバーが不安定な場所に設置されている場合、振動により故障する可能性があります。また、例えば衝突や落下するなどしてサーバーが強い衝撃を受けた場合、異常を引き起こす可能性があります。 サーバーが振動テストや機械的衝撃テストに合格しない場合、以下の影響が考えられます [...]

サーバー冷却ファンのノイズと振動がOCP HDDのパフォーマンスに与える影響を実測

Allion Labs / Joseph Lin   近年、クラウドコンピューティングとクラウドストレージの急速な成長に伴い、ネットワークサービスプロバイダーのサーバー需要が高まっています。クラウドサービスプロバイダーは、大量の情報にアクセスするユーザーのニーズを満たすことができるハードウェアを提供するために、さらに多くのデータセンターを構築し続ける必要があります。また、サーバー自体の性能要件やストレージスペースも、各種のストリーミングメディア（Netflix、Disney+、Spotifyなど）の流行に対応して、高度に成長してきました。   ハードディスクの安定性に対する大きな課題　―　冷却ファンが起こす振動やノイズ サーバーで使用されるCPUやハードディスクドライブ（以下HDD）も、この数年間、性能とストレージスペースの需要に対応して高度に成長しています。CPU性能の向上は、より高い電力消費をもたらし、HDDの容量も倍増しました。 サーバー内にある他の部品も、CPUの能力向上に応じてその性能が向上し、消費電力も増加しました。 サーバー全体の消費電力が増加すると、それに応じてサーバーの冷却ニーズも高まります。冷却ファンはサーバー冷却システムの主要コンポーネントであるため、サーバーに蓄積された熱を、サーバーケースの外側に吐き出すのに十分な風量を提供するために、ファンの回転数がますます増加します。しかし、冷却ファンの回転数が増加するにつれて、冷却ファンが起こす振動やノイズも大きくなり、結果的にサーバー内の他の部品に影響を与えてしまいます。   HDDは、サーバー内で冷却ファンの振動とノイズの影響を最も受けやすい部品です。 今までの経験と研究によると、HDDのパフォーマンスに影響を与える振動は、次のいずれかから発生する可能性があります。 [...]

サーバーの安定性要件 – 温度と湿度

Allion Labs  インターネット時代において、膨大なデータ処理と世界数十億人が利用するインターネットサービスにより、サーバーは重要な役割を果たしています。2023年のサーバー市場は、ハイブリッドワークが新しい働き方として登場してからも、依然としてクラウドデータセンター事業者の需要が顕著です。Google、Amazon、Microsoftなどのクラウドサービスは、正確で安定したサービスパフォーマンスを実現するために、高速で適切に設計された大容量のサーバーを必要としています。この様に、サーバーの応用範囲は非常に広く、多くの人々のインターネット利用に関係しているため、ネットワークサービスがあるところにはサーバー構築のニーズが多くあり、いかにサーバーを安定して運用するかが重要な課題となっています。 例： Facebookは、北極圏から100キロメートルしか離れておらず、冬の平均気温がマイナス20度に達するスウェーデンのとある場所にデータセンターを建設しました。 Microsoftは、スコットランドのオークニー諸島沿岸付近の水域に、潜水艦に似たデータセンターを展開しています。 eBayは、平均気温が38度を超えるアメリカの・フェニックスの砂漠に、20年間使用するデータセンターを建設しました。 現在知られているデータセンターは、極地気候、砂漠地帯、海洋水域に建設されています。高温の環境ではサーバーの放熱効率が低下し、運用が低下する可能性があります。また、乾燥しすぎた環境では電子機器に静電気がたまりやすく、湿度が高いと電子部品が腐食する可能性があります。長期的な観点から見れば、こうした問題がより深刻な摩耗や故障を引き起こす可能性があり、高額の投資コストで無駄が多くなるだけでなく、管理の面で多くの問題を引き起こすことになります。 研究によると、データセンターの理想的な温度の範囲は22℃〜23℃で、できるだけ35℃を超えないように、相対湿度の範囲は40％〜60％の間で保つ必要があります。いかにして安定した作業効率と温度・湿度の最適なバランスを得るかは、厳密かつ大量のテストが必要とし、データに基づいて調整し、包括的なサーバーシステムを完成させることで、完全な性能と寿命を発揮することができます。 したがって、サーバーが様々な温度・湿度環境の気候条件下で動作するかや、作業状態で正常で安定した高効率動作を維持するために良好な冷却システムがあるかが、考慮しなければならない問題となっています。 Facebook、Microsoft、Googleなど、ほぼ全世界のユーザーをカバーしている企業のデータセンターにある1台のサーバーに、平均数百から数千人のユーザーが同時に接続しています。環境の温度や湿度の問題でサーバーがダウンして動作しなくなった場合、その影響は全世界の個人ユーザーや企業に及び、損失は計り知れません。 そこで、アリオンは65KWのウォークインチャンバー（ Walk-in Chamber）を設置し、サーバーの信頼性、温度、湿度に対するテストを実施することができます。 65KW ウォークインチャンバー［高重量積載、大容量収納、高い放熱性能を備えています］ [...]

OCP Cloud SSD 1.0aと2.0規格との違いについて

前の記事では、OCP関連の原因やテスト項目について紹介しました。読者の皆さんは、OCP関連の検証項目について大まかに理解されたと思います。OCP 1.0aコンプライアンステストは、「OCP Cloud/Datacenter SSD Specification 1.0a」に基づいています。サーバーの需要増加に伴い、需要に応じて標準化規格がバージョンアップし、当然ハードウェアの交換入れ替えも行われたことで、元々の1.0aバージョンが徐々に使用できなくなってきたため、2.0バージョンがリリースされました。 前述した通り、2.0バージョンは市場ニーズを満たすことと、将来のイノベーションに向けた準備を目的としているため、OCP 2.0はOCP 1.0aを基礎として改善修正されています。では、2.0バージョンと従来の1.0aバージョンにはどのような違いや変更があるのでしょうか？以下では、仕様書で言及されたいくつかの重要項目を、順を追って比較分析します。   NVM Express要件（NVM Express Requirements） ここでは主にNVMe仕様に焦点を当てます。OCP [...]