光ICとLSIの一体集積を可能とする3次元光配線技術を開発 NEDO発表

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は2021年7月2日、光電子融合基盤技術を利用したデバイスやネットワーク技術に関する研究開発を行っている光電子融合基盤技術研究所(PETRA)が、光ICとLSI(大規模集積回路)の一体集積を可能とする3次元光配線技術を世界で初めて開発したと発表した。

この技術を使えば、光ICと光ファイバーとの間で通信波長帯の光信号を低損失で伝送できる。試作サンプルを使った実験では、次世代標準である毎秒112ギガビットの光信号を、80℃を超える高温環境下でも伝送することに成功した。実用化すれば、LSIから光ICまでの電気配線の距離を極限まで縮めた一体集積が可能になり、従来の技術と比べて電力量を30~40%削減できる。

PETRAは、2021年7月3日~7月7日にオンライン開催される光通信関連の国際会議「Optoelectronics and Communications Conference(OECC) 2021」で、この成果を発表する。

NEDOによると、導波路を通過する光の断面積は、光ICを構成するシリコン光導波路中とポリマー光導波路の中では10倍以上異なるうえ、屈折率も大きく異なる。このため、通信波長帯でそのまま接続させると大きな光損失が生じてしまい、LSIと光ICを統合したコパッケージの実現には、光のビーム形状を変換させて接続させる技術が必要だった。

これに対し、PETRAは3次元光配線技術を用いた3次元マイクロミラーを開発した。この3次元マイクロミラーは、シリコン光導波路からの出力光に対して、垂直方向に反射させる非球面ミラーを基板上に形成することで、光のビーム径を最適に制御。さらに上部の45度ミラーと併用することで、光の経路を3次元的に自在に制御しながらポリマー光導波路へ接続できるようにした。

その後、3次元マイクロミラーを使い、温度を変えながら、高速光信号による動作検証を実施。25℃でも85℃でも信号波形が劣化することなく光伝送できることを確認した。

PETRAは今後、データセンターやコンピューター内に光回路を実装し、LSI間の情報伝送速度の高速化と低消費電力化を図る。その後は、さらなる多チャンネル化や波長多重化への対応を検討し、毎秒50テラビットの処理が可能なコパッケージの研究開発を進める。

今回の研究開発は、NEDOが進めている「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」プロジェクトとして行われた。同プロジェクトは、光配線技術や光素子などを開発して光エレクトロニクス実装システム技術を実現し、サーバーなど電子機器の消費電力を大幅削減させることを目指している。

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