AIデータセンターのネットワーク構成図|計算用・ストレージ用・管理用とNVLinkの5つの網

AIデータセンターのネットワーク構成を示す図解。ラックの中と外、ストレージ、管理を、色の違う網でつないだ様子 ネットワーク・光電融合
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AIデータセンターのネットワーク構成は、1本の網ではありません。ラックの中でGPUをつなぐ NVLink(エヌブイリンク)、ラックの外のGPUどうしをつなぐ計算用の網、データを読み書きするストレージ用の網、管理用の網、機械の管理ポートだけをつなぐ帯域外の管理用の網。役割ごとの5つの網で考えます。

InfiniBand(インフィニバンド)や Ethernet の名前を聞いても、どの網の話かが分からないと迷います。NVIDIA(エヌビディア)の参照設計をもとに、5つの網を1枚の地図にしました。

先に見たい節 5つの網の地図/計算用の網のレール/ストレージ用・管理用の網

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AIデータセンターの中身
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ネットワークの技術
NVLink InfiniBand・Ethernet 光スイッチ(OCS) 光トランシーバー

AIデータセンターのネットワーク構成

先に結論

AIデータセンターのネットワークは、役割ごとに分けた5つの網で考えるとわかりやすくなります。ラックの中でGPUを1台の巨大なGPUのようにつなぐNVLink、ラックの外のGPUどうしをつなぐ計算用の網、学習データを読み書きするストレージ用の網、利用者や管理のサービスにつなぐ帯域内の管理用の網、機械の管理ポートだけをつなぐ帯域外の管理用の網です。

NVIDIAの参照設計(DGX SuperPOD)でも、ラックの外の網は計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の4つに分けています。いちばん速さが求められる計算用の網にはInfiniBandや高速のEthernetを、管理用の網にはふつうのEthernetを使います。

用語メモ:帯域内・帯域外

帯域内(イン・バンド)は、ふだんのデータと同じ網で管理もすること。帯域外(アウト・オブ・バンド)は、機械の電源や状態を見るための管理専用の別の網のことです。

このブロックの参照データ
・NVIDIA DGX SuperPOD(DGX H100)参照設計「Network Fabrics」 計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の4つの網

5つの網を1枚の地図で見る

網 つなぐもの 主な技術 求められること
① NVLink(スケールアップ)ラックの中のGPUどうしNVLink と NVLink スイッチとにかく速く、遅れなく
② 計算用の網(バックエンド)ラックの外のGPUサーバーどうしInfiniBand、高速の Ethernet速さ・遅れの少なさ・混雑に強いこと
③ ストレージ用の網GPUサーバーとストレージInfiniBand や Ethernet大量のデータを読み書きできること
④ 帯域内の管理用の網(フロントエンド)管理のサービス・利用者・外のネットEthernet使う人や外とつながること
⑤ 帯域外の管理用の網機械の管理ポート(サーバー・スイッチ・電源)Ethernetほかの網が止まっても機械を見られること

網を分けるのは、役割によって求められることが違うからです。GPUどうしの計算のやり取りは、ほんの少しの遅れでも全体の計算が待たされます。そこに、データの読み書きや管理の通信がまざると混雑して遅くなります。だから、いちばん大事な計算の通信には専用の網を用意します。

たとえるなら

AIデータセンターは「大きな工場」です。NVLinkは同じ作業台の上でのやり取り、計算用の網は作業台どうしを結ぶ専用のベルトコンベア、ストレージ用の網は倉庫からの搬入路、帯域内の管理用の網は事務所と外への道、帯域外の管理用の網は、停電でも使える非常用の連絡線です。

このブロックの参照データ
・NVIDIA DGX SuperPOD(DGX H100)参照設計「Network Fabrics」 計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の4つの網
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AIデータセンターの5つの網。ラックの中のNVLink、計算用、ストレージ用、帯域内の管理用、帯域外の管理用の網

ラックの中はNVLink、ラックの外は計算用の網

GPUどうしの通信は、ラックの中と外で使う網が分かれます。NVIDIAのGB200 NVL72では、72個のGPUを1つのNVLinkの網(ドメイン)でつなぎ、1台の巨大なGPUのように動かします。NVLinkのスイッチ全体で130TB/s、GPU 1個あたり1.8TB/sです。

ラックの外のGPUとは、計算用の網でつなぎます。GB200 NVL72の製品ページでは、Quantum-X800のInfiniBandと、Spectrum-X800のEthernetを挙げています。ラックの中で足りない分を、ラックの外へ広げてつなぐ役目です。この「ラックの中で強くつなぐ(スケールアップ)」と「ラックの外へ広げる(スケールアウト)」の違いは、NVLinkの記事で詳しく説明しています。

72個
GB200 NVL72 で1つのNVLinkの網につなぐGPUの数
出典:NVIDIA 製品ページ
130TB/s
GB200 NVL72 のNVLinkスイッチ全体の通信の速さ
出典:NVIDIA 製品ページ
1.8TB/s
第5世代NVLinkのGPU 1個あたりの速さ
出典:NVIDIA 製品ページ
このブロックの参照データ
・NVIDIA GB200 NVL72 製品ページ 72GPUのNVLinkドメイン、130TB/s、GPUあたり1.8TB/s
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ラックの中は72個のGPUをNVLinkで1つにつなぎ、ラックの外のGPUとはInfiniBandやEthernetの計算用の網でつなぐ

計算用の網はGPUごとのレール

計算用の網は、GPUサーバーの中の8つのGPUそれぞれに、外へつながる口を持たせます。NVIDIAの参照設計では、32台のサーバーごとに、同じ番号のGPUどうしを同じスイッチにつなぐ「レールをそろえた」形にしています。同じ番号のGPUどうしの通信が、少ないスイッチの段数で済むようにするためです。

レール

サーバーの1番のGPUどうし、2番のGPUどうし…を、それぞれ同じスイッチにまとめた通り道。

リーフとスパイン

サーバーの近くのスイッチ(リーフ)と、リーフどうしを結ぶ上のスイッチ(スパイン)の2段。レールをまたぐ通信はスパインを通ります。

技術の選び方

InfiniBand は遅れが少なく混雑に強い専用の技術。Ethernet は広く使われ、AI向けに混雑の制御を強めた製品も出ています。

このブロックの参照データ
・NVIDIA DGX SuperPOD(DGX H100)参照設計「Network Fabrics」 計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の4つの網
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ストレージ用・管理用・帯域外の管理用の網

網 役割 参照設計(DGX H100)の技術
ストレージ用学習データやチェックポイントを、GPUサーバーとストレージの間で読み書きするInfiniBand
帯域内の管理用クラスタを管理するサービスをつなぎ、ホームのファイルや外への通信も通すEthernet
帯域外の管理用サーバー・管理サーバー・ストレージ・スイッチ・ラックの電源(PDU)の管理ポートをつなぐEthernet

ストレージ用の網は、学習のあいだ大量のデータを読み込み、途中経過(チェックポイント)を書き出すための道です。帯域外の管理用の網は、ほかの網に問題が起きても、機械の電源や状態を確かめられるように、管理の口だけを別につなぎます。

注意:網に使う技術は、世代や設計によって変わります。NVIDIAの新しい世代の参照設計では、ストレージ用と帯域内の網をEthernetにまとめる形も出てきています。

この記事の「5つの網」は、筆者が決めた分け方ではありません。NVIDIA の DGX GB200 の参照設計を読むと、網は5つと書かれ、それを4つの物理的な網で運ぶとありました。ストレージ用と帯域内の管理用は、GB200 の世代から1つの Ethernet の網に相乗りしています。H100 の参照設計では、ストレージ用は InfiniBand でした。網の数は同じでも、ケーブルの数え方は世代で変わります。

電源の設計者の目でいちばん身近なのは、帯域外の管理用の網です。ラックの電源(PDU)の状態は、本番の網が止まったときにこそ見たい。電源の監視を本番と同じ網に載せると、障害のときに肝心の電源が見えなくなります。管理の口だけを別の網に出すのは、この理由です。

このブロックの参照データ
・NVIDIA DGX SuperPOD(DGX GB200)参照設計「Network Fabrics」(2026年10月閲覧) 5つの網を4つの物理的な網で運ぶ、ストレージ用と帯域内は Ethernet の網(GB200 から)
・NVIDIA DGX SuperPOD(DGX H100)参照設計「Network Fabrics」 計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の4つの網
ストレージ用の網、帯域内の管理用の網、帯域外の管理用の網の3つの役割

網をつなぐのは、ほとんどが光

ラックの外の網は距離が長く、速さも求められるため、ケーブルの多くは光ファイバーです。GPUサーバーやスイッチの口には、電気の信号を光に変える光トランシーバーを挿します。GPUの数が増えるほど、光トランシーバーとケーブルの数も増え、その電力も無視できなくなります。

そこで、光の部品をスイッチのチップのすぐそばに置く光電融合(CPO)や、鏡で光の通り道を切り替える光スイッチ(OCS)が注目されています。網の構成が変わると、使う光の部品も変わります。

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ネットワークの構成を知ると、何が見えてくるか

あなたにとっての意味
仕事で関わる方へ:設備・サーバー・ネットワークの仕事では、どの網の話をしているのかを最初にそろえるだけで、会議の行き違いが減ります。「速い網」の話をしているのか、「管理の網」の話をしているのかで、必要な機器も配線も変わります。
投資家の方へ:AIのネットワークの需要は、NVLink・計算用の網・光の部品と、網ごとに受け手の会社が違います。ニュースがどの網の話かを見分けると、恩恵を受ける会社の見当がつきます。
学生・就活中の方へ:ネットワークは、ソフト(通信の約束事)とハード(スイッチ・光の部品)の両方が関わる分野です。AIの計算を速くする裏方として、情報・電気・光のどの学生にも入口があります。

よくある誤解

誤解1:AIデータセンターのネットワークは1つの網

役割ごとに5つの網に分けて考えます。いちばん大事な計算の通信には、専用の網を用意します。

誤解2:NVLinkとInfiniBandは、同じことをする競合の技術

NVLinkはラックの中のGPUどうし、InfiniBandなどの計算用の網はラックの外のGPUどうしをつなぎます。役割が違います。

誤解3:管理用の網はおまけ

帯域外の管理用の網は、ほかの網が止まったときに機械を見に行くための大事な道です。

まとめ

  • AIデータセンターのネットワークは、役割ごとに5つの網で考える
  • ラックの中はNVLink(GB200 NVL72は72GPUを1つの網に)
  • ラックの外のGPUどうしは計算用の網(InfiniBandや高速のEthernet)
  • ほかにストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の網がある
  • 網をつなぐのはほとんどが光で、光電融合や光スイッチが次の焦点

よくある質問

Q. AIデータセンターのネットワーク構成は?

A. NVLink・計算用・ストレージ用・帯域内の管理用・帯域外の管理用の5つの網に分けて考えるとわかりやすくなります。

Q. バックエンドとフロントエンドのネットワークの違いは?

A. 一般に、GPUどうしの計算の通信を運ぶ網をバックエンド、利用者や管理のサービス、外のネットにつながる網をフロントエンドと呼びます。

Q. なぜネットワークを分けるのですか?

A. 計算の通信は少しの遅れでも全体が待たされるので、データの読み書きや管理の通信と混ざらないよう、専用の網を用意します。

Q. NVLinkとInfiniBandの違いは?

A. NVLinkはラックの中のGPUどうしを、InfiniBandはラックの外のGPUサーバーどうしをつなぐのが主な役目です。

次の一歩:計算用の網の InfiniBand と Spectrum-X は、どちらも NVIDIA のネットワークの製品です。NVIDIA の決算がいつ何時に出るのかを押さえておくと、ネットワークの需要を数字で追えます → NVIDIAとは?何の会社か・決算はいつか・AIインフラのどこにいるか(NVDA)|基本データと関連記事・最新の速報
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