NVIDIA メラノックス MMA4Z00-NS データセンター オプティカルトランシーバー 技術ソリューション

NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS データセンター光トランシーバー技術ソリューション：ラック内およびルーム間リンクにおける帯域幅と距離のバランス

1. プロジェクト背景と要件分析

AIトレーニングクラスターが数千から数万GPUへとスケールアップするにつれて、データセンターネットワークは帯域幅密度と物理的な距離の両方において前例のない課題に直面しています。典型的なAI（インテリジェントコンピューティングセンター）を例にとると、そのGPUコンピューティングノードは、同じフロアの複数のラック、および隣接するフロアの2つのコアマシンルームに分散しています。ネットワーク要件は厳格です。すべてのコンピューティングノード間で800G全線速帯域幅を提供し、InfiniBand（GPU直接通信用）とEthernet（ストレージおよび管理ファブリック用）の両方をサポートし、プロトコルトランスレーションのボトルネックを導入することなく、5メートル（ラック内）から80メートル（ルーム間）のリンク距離をカバーする必要があります。

従来の設計アプローチでは、通常、異なるトランシーバータイプの組み合わせに依存します。ラック内短距離リンク（OM4で最大50m）には800G SR8、より長いルーム間接続には800G DR8/FR8シングルモードソリューションです。しかし、このマルチSKU戦略は、在庫管理、認定テスト、スペアパーツの調達において、大幅な運用オーバーヘッドを生み出します。さらに、シングルモードオプティクスの高コストと消費電力は、大規模で高密度の展開には最適ではありません。 単一SKUが複数のトランシーバータイプを置き換え、スペア保有コストを推定60％削減します。 は、プロトコルの柔軟性とコスト効率を維持しながら、両方の距離ドメインを統合できる単一プラットフォームソリューションとして評価されました。

2. 全体ネットワーク/システムアーキテクチャ設計

提案されたアーキテクチャは、GPUコンピューティングノードが800G OSFPポートを介してリーフスイッチに接続され、リーフスイッチが同じトランシーバータイプを使用してスパインスイッチにアップリンクされる、スパインリーフトポロジを採用しています。アーキテクチャの重要な決定は、ラック内からルーム間までのすべてのリンクセグメントで、単一の光トランシーバーモデルである 単一SKUが複数のトランシーバータイプを置き換え、スペア保有コストを推定60％削減します。 に標準化することでした。これは、強化されたDSPと光パワーバジェットを活用して、標準の50メートル仕様を超える実効到達距離を拡張します。

拡張距離での信号整合性を最大化するために、アーキテクチャにはいくつかの設計原則が組み込まれています。

• ファイバープラントの最適化: すべてのリンクに高品質のOM4マルチモードファイバー（最小実効モード帯域幅≥4700 MHz・km）を使用し、MPO-12 APCコネクタを使用して挿入損失とバックリフレクションを最小限に抑えます。構造化配線経路は、きつい曲がりや過度のパッチパネルホップを避けるように設計されています。
• リンクバジェットリザーブ: アーキテクチャの損失バジェットは、すべてのリンクで3.0 dB未満に維持され、80メートルでもMMA4Z00-NSがエラーフリーで動作するための十分なマージンを確保します。これは、1リンクあたりの接続済みコネクタペアの数を最大4つに制限することによって達成されます。 リーフスイッチ（Ethernet用NVIDIA Spectrum-4、InfiniBand用Quantum-2）は、
• MMA4Z00-NS 2x400G InfiniBand/Ethernet の動作モードを認識するように構成されており、ハードウェア変更なしでポートごとの動的なプロトコル割り当てを可能にします。段階的に展開します。単一ラックから開始し、BERとレイテンシメトリックを検証してから、クロスラックおよびルーム間リンクに拡張します。MMA4Z00-NS

は、すべての距離範囲でユニバーサルな物理層イネーブラーとして機能します。このソリューションの中核として、

NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS

は統合された物理層ブリッジとして機能し、複数のトランシーバータイプを必要としません。このアーキテクチャに関連する主な技術的特徴は次のとおりです。 単一SKUが複数のトランシーバータイプを置き換え、スペア保有コストを推定60％削減します。このアーキテクチャにおける利点

は、送信機および受信機の特性を含む包括的な光および電気仕様を提供し、これらはこの展開のすべてのセグメントのリンクバジェット計算を検証するために使用されました。は、-2.5 dBmから4.0 dBmの典型的な送信電力と、-6.5 dBm（BER 5E-8）の受信感度を確認し、80メートルの目標に必要な光ヘッドルームを提供します。機能的には、MMA4Z00-NS 800G OSFP SR8トランシーバー

は、スイッチASICからの8レーンの100G PAM4電気信号を集約し、それらを光信号に変換し、MPO-12インターフェイスを介してパラレルマルチモードファイバー上で送信することによって動作します。受信側では、統合DSPがクロックおよびデータリカバリ、イコライゼーション、およびデマルチプレキシングを実行して電気ドメインに戻します。この処理パイプラインは、モード分散と減衰がそうでなければパフォーマンスを低下させる拡張距離での信号整合性を維持するために重要です。4. 展開とスケーリングの推奨事項（典型的なトポロジ付き）の最適な展開のために、

NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS

、以下のトポロジとケーブリングガイドラインが推奨されます。 単一SKUが複数のトランシーバータイプを置き換え、スペア保有コストを推定60％削減します。Tier 1（ラック内、≤15m）:

GPUコンピューティングノードとトップオブラックスイッチ（TOR）間の直接MPO-12パッチコード。

• MMA4Z00-NS は両端にインストールされます。追加のコンディショニングは不要です。 オーバーヘッドトレイを通過するプレターミネートMPOトランクケーブルで、TORスイッチをリーフアグリゲーションスイッチに接続します。最大2つのパッチパネルが許可されます。
• Tier 3（ルーム間、45～80m）: 強化MPOトランクを使用した構造化配線で、アングルポリッシュコネクタを使用し、スプライシングを最小限に抑えます。各リンクは、コミッショニング前に挿入損失と反射率についてテストされます。
• 展開チェックリスト:すべてのファイバーリンクを光時間領域反射率計（OTDR）とパワーメーターで検証し、損失が3.0 dB未満であることを確認します。

スイッチポートを目的のプロトコル（InfiniBandまたはEthernet）に構成し、

• MMA4Z00-NS
• がに従って正しい動作モードを自動的にネゴシエートすることを確認します。MMA4Z00-NS 2x400G InfiniBand/Ethernet
• 機能を単一トランシーバーから2つの400G接続をサポートできるようにします。段階的に展開します。単一ラックから開始し、BERとレイテンシメトリックを検証してから、クロスラックおよびルーム間リンクに拡張します。80メートルを超える大規模拡張の場合、アーキテクチャは、アクティブ光ケーブル（AOC）またはシングルモードソリューションを最も長いバックボーンリンクにのみ配置することを推奨し、大部分のリーフ・トゥ・スパインおよびコンピューティング・トゥ・リーフ接続には
• MMA4Z00-NS 800G OSFP SR8トランシーバーソリューション

を維持します。5. 運用、監視、トラブルシューティング、最適化MMA4Z00-NS

は、I2Cインターフェイスを介した包括的なデジタル診断監視（DDM）サポートにより、運用上のシンプルさのために設計されています。主な運用プラクティスは次のとおりです。

在庫の簡素化:リンクマージニング:

• DSPチューニング機能を使用して、インストール中および四半期ごとのヘルスチェックの一部としてリンクマージニングテストを実行します。MMA4Z00-NS
• は、ファームウェアを介したオンデマンドイコライゼーション調整をサポートしており、ファイバーの経年劣化やコネクタの劣化を補正できます。障害分離:ファームウェアアップデート:
• NVIDIAは、イコライゼーションアルゴリズムを改善し、互換性を向上させるファームウェアアップデートを定期的にリリースします。すべてのMMA4Z00-NS
• ユニットが、メーカーのアドバイザリに従って最新のファームウェアバージョンであることを確認してください。パフォーマンス最適化のために、アーキテクチャは、800Gおよび2×400Gモードの両方で、すべてのリンクのベースラインスイープを実行し、光パワーとBER統計を記録することを推奨します。このベースラインは、将来のトラブルシューティングと容量計画の参照として機能します。さらに、 は標準化されたグローバルディストリビューションを通じて入手可能であり、障害発生時のダウンタイムを最小限に抑えるためにスペアユニットを迅速に入手できます。

6. まとめと価値評価NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS は、さまざまな物理距離と高帯域幅のバランスを取る必要がある最新のAIデータセンター向けの、魅力的な統合光ソリューションを提供します。ラック内およびルーム間リンクの両方で単一のトランシーバータイプに標準化することにより、アーキテクチャは在庫の複雑さを軽減し、認定プロセスを合理化し、メンテナンスを簡素化しながら、モジュールの高度なDSPおよび光機能を利用して、従来のSR8制限を超える到達距離を拡張します。

主な価値成果:

在庫の簡素化: 単一SKUが複数のトランシーバータイプを置き換え、スペア保有コストを推定60％削減します。コスト効率:

マルチモードファイバーインフラストラクチャは、シングルモードプラントよりも大幅に安価であり、

• MMA4Z00-NS価格 は、ポートあたりで同等のDR8/FR8代替品よりも大幅に低くなります。
• 将来を見据えた柔軟性: 2×400Gスプリットモードは、まだ完全に800G対応ではない環境へのオンランプを提供し、800Gモードは今日の次世代GPUクラスターをサポートします。運用上の回復力: 堅牢なDDM、プロアクティブなアラート、およびフィールドで調整可能なDSPパラメータにより、運用ライフサイクル全体でリンクが仕様内に収まることが保証されます。
• ネットワークアーキテクト、ソリューションエンジニア、および運用チームにとって、MMA4Z00-NS
• は、妥協することなくラックや部屋をまたぐスケーラブルなAIネットワークを構築するための、実用的で高性能かつコスト効率の高い基盤を表します。包括的なMMA4Z00-NSデータシート

およびサポートドキュメントは、統合計画と展開検証を容易にするために利用可能です。