最小規格のオンボード光モジュールで400ギガビット/秒の伝送速度に世界で初めて到達 NEDOなど

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400ギガビット/秒伝送オンボード光モジュール

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と光電子融合基盤技術研究所(PETRA)は2019年3月5日、標準化組織COBO(Consortium for On-Board Optics)の規格において最も小さいClass Aのオンボード光モジュール(34×36×8mm)で、400ギガビット/秒の伝送速度に世界で初めて到達したと発表した。

近年のAIやIoTの進展により送受信する情報量は加速度的に増加しており、より多くの情報を短時間で処理することが求められている。特に膨大な量の情報を扱うデータセンターでは、LSIやメモリ、スイッチなどの間での情報伝送量と速度の増大に伴い、消費電力量が急激に増加していることが問題となっている。

この問題の解決策として、従来の電気配線に代わる「光配線」を用いた伝送技術が世界各国で開発されている。光配線において重要なデバイスの1つに、電気信号と光信号を相互に変換する光トランシーバーがある。これまで、光トランシーバーは電子回路基板の端部に実装するのが主流だったが、更なる高速化や省電力化には電子回路基板上のLSI近傍にも光トランシーバーが実装可能なオンボード光モジュールの開発が望まれている。

このような中、オンボード光モジュールを標準化し普及させることを目的とした標準化組織COBOが2015年に設立された。NEDOと、NEDOから委託されたPETRAも、オンボード光モジュールの技術開発や、開発成果の国際競争力を確保するための国際標準化活動を進めてきた。

今回、NEDOとPETRAはCOBOが規格化したオンボード光モジュールの中で、最も小さいClass Aのサイズ(34×36×8mm)を用いて、送受信各400ギガビット/秒の伝送速度に世界で初めて到達した。同モジュールは低コストで安定供給可能、さらに国際標準に準拠していることから、サーバー製造者に広く普及することが期待される。加えて、データセンター用サーバーなどのICT機器に用いることで、処理速度向上や省エネルギー化が可能だ。

オンボード光モジュールの開発においては、小型化、つまり、光トランシーバーを構成するレーザー光源、光変調器や受光器などの光学素子を高密度に集積することが課題だった。そこで研究グループは、4つの超小型光トランシーバー「光I/Oコア(シリコンフォトニクス技術を用いた超小型の光トランシーバーチップ)」と高密度光接続を可能にした「光ファイバー・コネクター」との間を「高密度ポリマー光導波路(光通信に使用するシート状や板状の構造を持つ伝送路)配線技術」を用いて低損失で接続する構造を開発した。今回開発したポリマー光導波路は、光を用いた情報伝送で使用される波長において高い透過性をもち、従来のポリマー光導波路では難しかった低損失伝送を可能にした。

また、光ファイバー・コネクターは従来と比べて約2倍の高密度となる125μmピッチで32芯束ねた細径光ファイバーアレイと接続する構造となっており、オンボード光モジュールとは別に、小型の光伝送素子として標準化提案を進めている。光I/Oコアを核として、光ファイバー・コネクターと高密度ポリマー光導波路配線技術の2つの開発技術を活用することで、オンボード光モジュールの小型化に成功した。

オンボード光モジュールの内部構造

現在、COBOはLSIの大容量化に対応するための次世代の標準として、コンピューターネットワークに接続されたLSI(ホストLSI)の直近に光インターフェースをパッケージ集積する規格の検討を開始している。これに対し、NEDOとPETRAは現在開発中の「光電子集積インターポーザー技術(回路基板とLSIの間に電気信号を光信号に変換する回路を内蔵するインターポーザーを作製するために必要な技術)」を利用して具体的な標準化案を作成し、COBOに提案することを目指している。

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