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High-Speed Digital System - Challenge digital data transfer limit

高速デジタルシステム

Challenging the digital data transfer limit

幅広い産業でのAIの普及、高精細ビデオストリーミングサービスの利用、自動運転技術の高度化などにより、扱うデータ量はますます増加しています。これに対して、ネットワークやコンピューティングの分野では、AI技術やディスアグリゲーション技術が導入されるとともに、コンピューティングやサーバー、ストレージなどのシステムに用いられるPCI Express®(PCIe®)、USB、DDR、DisplayPortなどの高速デジタルインタフェースの性能は日々進化し続けています。

PCI Express®、PCIe®は、PCI-SIGの登録商標です。

Evolution of high-speed digital system

高速デジタルシステム R&D

高速デジタルシステムのR&Dの対象は、回路機能ブロック、Chip、電気/光配線、コネクタなど多岐にわたります。

Chip

Chip

Add-in card

Add-In Card

Photonic wire

Photonic wire

Connector

Connector

これらの設計やデバイスの開発は、試作、デバッグ、設計検証、認証を受けるための試験といったR&Dの各工程を経て完了します。これらの工程で、エンジニアは、デジタル信号を改善するために、以下のような評価と改善を繰り返します。

  • デジタル信号の特性を評価
  • デバイスの問題箇所を特定
  • 設計へフィードバック

Prototype debug

Prototype Debug

Final prototype evaluation

Final Prototype Evaluation

Compliance test

Compliance Test

高速デジタルシステムの課題

高速デジタルシステムの技術課題として、デジタル信号の周波数が増加すると、伝送線路の材料の高周波損失特性などの影響により、信号が劣化しやすくなることが挙げられます。ジッタ*1、クロストーク*2の影響、アイパターン*3の劣化などの影響により、高速デジタルシステムの動作マージンを十分に確保できない可能性があります。

*1 ジッタ:
主にデジタル信号の「時間軸方向 (タイミング) の揺らぎ」のこと。
タイミングとは、周期、パルス幅、デューティサイクル、あるいは前後のパルスエッジとの時間差などを指します。
回路や通信経路の雑音、他の回路や外部機器の変動などさまざまな原因によって発生します。
*2 クロストーク:
隣接する信号線 (バス線)から信号が漏洩する現象のこと。
クロストークが大きいと、High-Speed Digital Systemの誤動作の原因となります。
*3 アイパターン:
デジタル信号の品質を評価する目的で用いられます。
データストリームの「1」と「0」の波形を重ね合わせて表示したもので、伝送線路がデータに与える影響を一目で確認できます。

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