AI半導体 | アンリツグループ

AIサービスを提供するハードウェアの信号品質を保証する

人工知能（AI）/機械学習（ML）の活用が急拡大し、データセンタやネットワークなどで使用されるGPUやAI ASIC、AIアクセラレータ、およびこれらを搭載するプリント基板やコネクタといったハードウェアの技術革新が進められています。これらのハードウェアには、AIプログラムの高速大容量の演算処理が求められており、AI半導体と総称されるAIの処理に特化した半導体が搭載されています。AIが扱う膨大なデータを外部と通信するため、AI半導体には、従来の汎用プロセッサに比べて、より高速なデータ転送、低遅延によるリアルタイム処理が不可欠です。これらの性能を満たすためには、ハードウェアの実際の動作を想定したシステムレベルテストを実施して、ハードウェアを検証する必要があります。

クラウドAI

クラウドサーバでデータ処理を行います。サービス事業者が設置するサーバを使用するため、大量データや生成AIなど複雑な処理ができます。
CPU、GPUボードストレージとのインタフェースにはPCIeが使用され、ネットワークとのインタフェースにはイーサネットが使われます。

メモリインタフェースチップの速度は、DDR4 から DDR5 へと増加し続けています。
CPU: Central processing unit
DPU: Data processing unit
GPU: Graphics processing unit
NIC: Network interface card

エッジAI

ローカルエッジデバイスに AI を導入すると、クラウドインフラストラクチャに常に依存することなく、リアルタイムのデータ処理と分析が可能になります。外部と通信が不要ですので、短時間で処理できます。エッジAIの利用例として、カメラでの画像認識、自動車やドローンの自動運転などがあります。
サーバと同様にインタフェースにPCIe、DDRが使用されます。カメラやセンサなどとのインタフェースには、Thunderbolt、USBが使用されることがあります。

AI半導体テストの課題

Signals running through a semiconductor package and printed circuit board

課題 1:　AI半導体を使用するハードウェアの電気的特性の確保

AI半導体が搭載されたハードウェアは、高速デジタル信号の伝送線路となる半導体だけでなく、プリント基板、電気配線、コネクタ、高速デジタル通信用ケーブルなどの動作周波数帯域幅が不足していると、高速デジタル信号の減衰やクロストークによる信号波形の歪み（ひずみ）などが発生し、設計どおりの性能が得られないことがあります。また、電気配線やコネクタなどのインピーダンス制御を考慮しないと、デジタル信号の反射などにより信号品質が劣化します。そこで、ハードウェアの開発段階では、前述の電気的特性を評価し、必要な性能を確保する必要があります。

課題 2:　設計・製造プロセスの手戻り抑制

AI半導体を含むハードウェアの開発では、設計・製造プロセスでの手戻りを抑制し、品質を確保するため、ポストシリコンや試作品の検証工程において実際の信号を使用し、ジッタ、ノイズ、チャネル損失など、高速デジタル信号の品質を検証しておくことが重要です。

AI半導体テストソリューション

Frequency characteristic evaluation of products used for AI semiconductors

ソリューション 1:　AI半導体を搭載する製品の品質確保

プリント基板や部品、材料の周波数特性や反射特性は、ベクトルネットワークアナライザにより評価できます。

アンリツのベクトルネットワークアナライザ ME7838シリーズやMS4640Bシリーズは、AI半導体を搭載するプリント基板や材料、AIアクセラレータなどのハードウェアの周波数特性や反射特性（Sパラメータ）、電気配線のインピーダンスを検証できます。4チャネルのベクトルネットワークアナライザを使用することで、電気配線間のクロストークも測定できます。光配線に使用する光学部品の周波数特性はOpto-Electronic Network Analyzer ME7848Aで評価可能です。

また、MS4640Bシリーズは70 GHzまで、ME7838シリーズは110 GHz以上の広い周波数帯域を評価できます。AI半導体やハードウェアを伝送するPAM4などの高速デジタル信号の評価に適しており、AI半導体を搭載する製品の品質確保に貢献します。

さらに、MS46522Bは43.5 GHzまでのパッシブ性能評価に対応し、データセンタでラック内やサーバ間の接続に使用されるダイレクトアタッチケーブル（DAC）、アクティブ電気ケーブル（AEC）、アクティブ銅ケーブル（ACC）やコネクタなどの製造ラインで効果を発揮します。

関連製品:

製品紹介:

Vector Network Analysis Product Portfolio

ソリューション 2:　開発段階での高速デジタル信号の検証

アンリツのシグナルクオリティアナライザ-R MP1900Aは、高速デジタル信号の発生とビット誤り率を評価できます。AI半導体のファーストシリコン時や、AI半導体を含むハードウェアの試作品の性能検証から、最終形態のコンプライアンステスト、商用リリースまでの各開発段階において、高速デジタルシステムの信号品質を評価・デバッグする機能を提供し、お客様の製品の迅速な市場投入をサポートします。

サンプリングオシロスコープ BERTWave MP2110Aは、高速デジタル信号波形のアイパターンやBERを評価できます。MP2110Aは最大4つのチャネルのデジタル信号波形を検証でき、AI半導体を搭載するハードウェアの品質確保や生産効率化に貢献します。

関連製品：

製品紹介：

High-Speed Serial Data Test Solutions for AI Semiconductors and Data Center

リーフレット：