NVIDIAはGTCカンファレンスで電子回路と光通信を集約した「Spectrum-X」及び「Quantum-X」シリコンフォトニクスネットワークスイッチを発表した。これらは1ポートあたり最大1.6Tb/sの速度と最大400Tb/sのスループットを実現し、消費電力を大幅に削減しながら数百万のGPUを接続できるため、大規模AIデータセンター（AIファクトリー）の効率化に貢献する。
シリコンフォトニクスによる次世代ネットワーキング
電子回路と光通信の融合技術
NVIDIAは今回の発表で、電子回路と光通信を大規模に融合させる技術を実現したとしている。新型ネットワークスイッチは従来の方法と比較して、3.5倍の省エネルギー性、63倍の信号整合性、10倍のネットワーク耐障害性を実現。また、導入速度も1.3倍高速化するという。
「AIファクトリーは極度な規模を持つ新しいクラスのデータセンターであり、ネットワークインフラはこのペースに合わせて再発明される必要があります」とNVIDIAの創業者兼CEOであるJensen Huang氏は述べている。シリコンフォトニクスをスイッチに直接統合することで、従来のハイパースケールネットワークやエンタープライズネットワークの制限を打ち破り、数百万GPU規模のAIファクトリーへの道を開くとしている。
革新的な同梱オプティクス技術
この技術の核となるのは、「マイクロリングモジュレーター」と呼ばれる技術と、光学部品とシリコン部品を単一のパッケージ基板に統合する「Co-Packaged Optics」の採用だ。CPOでは、従来のプラグ可能な光トランシーバーモジュールを排除し、光学系とデジタル信号プロセッサ（DSP）をスイッチASICと一緒に統合する。
この統合によって、DSPの数を減らし長い銅配線トラックを排除することで、消費電力が大幅に削減され、高い帯域幅と低い遅延が実現可能になっている。各ポートは最大1.6テラビット/秒の速度を提供しており、これは現在の最上位の銅線イーサネットソリューションの最大値の2倍に相当する。
2種類の次世代ネットワークスイッチ
Spectrum-X：イーサネット向け高性能スイッチ
Spectrum-X Ethernetネットワークプラットフォームは、複数の構成が用意されている。128ポート×800Gb/sまたは512ポート×200Gb/sで合計100Tb/sの帯域幅を提供するモデルと、512ポート×800Gb/sまたは2,048ポート×200Gb/sで合計400Tb/sのスループットを実現する大容量モデルがある。
Quantum-X：InfiniBand向け液冷設計スイッチ
Quantum-X Photonicsスイッチは、200Gb/s SerDesをベースにした144ポート×800Gb/s InfiniBandを提供する。このスイッチは液冷設計を採用しており、オンボードのシリコンフォトニクスチップを効率的に冷却する。Quantum-Xは前世代と比較して2倍の速度と5倍の拡張性を実現し、高負荷のAIワークロードに適している。
業界協力によるエコシステム構築
TSMCとの戦略的パートナーシップ
NVIDIAのシリコンフォトニクスエコシステムには、TSMC、Browave、Coherent、Corning、Fabrinet、Foxconn、Lumentum、SENKO、SPIL、住友電気工業、TFC Communicationなどが参加している。
特に重要なのはTSMCとの協力で、「Compact Universal Photonic Engine（COUPE）」というシリコンフォトニクスプラットフォームを使用している。これは65nmの電子集積回路（EIC）と光集積回路（PIC）をTSMCのSoIC-Xパッケージング技術で組み合わせたものだ。
「次世代ワークロードに必要な規模を達成するために、新たなAIファクトリーは効率性と最小限のメンテナンスを必要としています」とTSMCの会長兼CEOであるC.C.Wei氏は述べている。「TSMCのシリコンフォトニクスソリューションは、最先端のチップ製造とTSMC-SoIC 3Dチップスタッキングの両方における当社の強みを組み合わせており、NVIDIAがAIファクトリーを百万GPU以上に拡張する能力を解放し、AIの境界を押し広げることを支援します」
市場への影響と競合状況
競合製品との比較
NVIDIAだけがこの分野で進展しているわけではない。Micas Networksも同様のテクノロジーを使用したネットワークスイッチを発表している。同社の製品は、Broadcomの51.2 Tbps Bailly CPOスイッチプラットフォームをベースにした128ポートの400G Ethernet製品で、Tomahawk 5スイッチチップが8×6.4 Tbpsのシリコンフォトニクスチップレットインパッケージ（SCIP）光学エンジンと直接結合されている。
AIデータセンターの未来
しかしNVIDIAの製品は、特に大規模なAIデータセンター（AIファクトリー）を構築するための包括的なエコシステムの一部として位置づけられている点が特徴的だ。光ネットワーキング専門企業のAyar Labsは、単一ラックのGPUサーバーを超えて規模を拡大し、より大きなAIモデルをサポートするための帯域幅のボトルネックに対処するには、統合オプティクスが唯一の方法であるとしている。
今後の展望とロードマップ
製品の発売時期
Quantum-X Photonics InfiniBandスイッチは2025年後半に、Spectrum-X Photonics Ethernetスイッチは2026年に、主要なインフラストラクチャおよびシステムベンダーから提供される予定だ。
将来の技術ロードマップ
TSMCのCOUPEには有望なロードマップがあり、NVIDIAも将来的にはこれに従う可能性がある。TSMCのシリコンフォトニクスの次の段階では、COUPEテクノロジーをCoWoSパッケージング内に統合し、スイッチと光学系を直接組み合わせる。これにより、6.4 Tb/sに達する光接続速度が可能になる。第3世代では、12.8 Tb/sへの速度向上を目指し、プロセッサパッケージに直接統合することを目標としている。
このような大規模なシリコンフォトニクスの統合は複雑であり、広範な採用は組織が既存のネットワークインフラをアップグレードする意欲に依存する。しかし、NVIDIAのシリコンフォトニクス技術は、AIネットワーキングにおける大きな前進と言える。
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