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－概要－
2022年2月10日
プロジェクトリーダー
東京大学特任教授
荒川 泰彦
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

1

プロジェクト提案 時のスライド(2012年)
IT機器消費電力の激増

電力供給の限界

I/O帯域密度（Tbps/cm2）

国内の発電量の25%以上

配線の小型高速化の要求
100

光配線の現状と目標
10
PETRA
IBM
1

Manufacturable
solutions are not
ITRS電気配線のknown
ロードマップ

0.1
電気配線の限界
2006
2010
2014

2018

2022

ITRS：国際半導体技術ロードマップ

西暦（年）

これらの限界を打破するため、
 光技術の導入による情報機器技術のパラダイム転換が急務
 電気技術と光技術、それぞれの特徴を最大限に活かす為の実装技術・システム化技術の構築が不可欠
 光配線技術と電子回路技術を融合させた光エレクトロニクス実装システム基盤技術を確立し、システムレベルでの光配線技術の有効性を世界に先駆けて示すとともに、その事業化への道を拓く

今日でもこれらの問題意識に大きな変化はなく、むしろ危機感が高まっている
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

2プロジェクト発足から10年を経てFLOPS

スーパーコンピュータ Top500

https://ja.wikipedia.org/wiki/TOP500

http://www.gazonindia.com/cloud_computing.html

 コンピュータ性能は~1000倍/10年で成⾧
 コスト、ビット当たりの消費電力、CPU間の伝送帯域帯域密度がキー
コンピューティングにおけるネットワーク／配線への性能要求は益々高まっている
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

3コンピューティングパワー増大に伴う課題
 最近のデータ量の増加とAI技術の進歩は、コンピューティングパワーの増大を必要とする
 LSIの処理速度の増大により、インターコネクト帯域は増え続け、大容量LSIのインターコネクト帯域トレンドは、2025～2030年には、10Tbps超の帯域が必要とすることを示す
 データセンターの消費電力量も年々増大
大容量LSIのインターコネクト帯域トレンド

データセンターのエネルギー消費量予測（世界）
消費電力量(億kWh)

電気配線の限界（*1）（*1）:BGA数と伝送速度限界(28GBaud)から推定（https://www.tdk.com/ja/featured_stories/entry_015.html

データセンターの消費電力の大半は、サーバなどのIT機器と冷却のための空調の消費電力
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

4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
 経済産業省未来開拓プロジェクトとして実施
 経済産業省直執行（2012年度）、NEDOプロジェクト（2013年度以降）
 研究期間: 2012年9月～2022年2月（予算総額 225億円）
 プロジェクトリーダー:荒川泰彦特任教授（東京大学）
 受託機関:PETRA
概要
 光電子融合技術を活用し、光と電気の変換回路（光トランシーバ）を中心に開発
 信頼性の高いプロセス技術を構築し、光トランシーバーを搭載した高性能・高機能システムの低消費電力化を実現
 これらの社会実装により、エレクトロニクス産業の活性化に幅広く貢献

光I/Oコア

参加機関（第三期）
 PETRA （沖電気工業、産業技術総合研究所、日本電気、光産業技術振興協会、富士通、古河電気工業、三菱電機）
 東京大学、京都大学、東京工業大学、横浜国立大学、
早稲田大学（共同研究実施機関）
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

5研究開発の実施体制(第三期）
ＮＥＤＯ
マネジメント委員会で情報を共有ＰＬ
東京大学 特任教授 荒川泰彦

共同実施

委託

技術研究組合光電子融合基盤技術研究所（ＰＥＴＲＡ）
研究開発責任者：研究統括部長

革新的デバイス技術東京大学（東京）【革新的光源・光検出器技術】【革新的変調器技術】
 成果普及活動
横浜国立大学（横浜）【革新的変調器技術】
京都大学（京都）【革新的光配線技術】
東京工業大学（東京）【革新的光ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ回路技術】
早稲田大学（東京）【革新的光源技術】

協議

＜本部＞

研究実施場所:PETRA（東京）
研究開発項目: 国際標準化
 成果普及活動

中村

＜集中研＞

研究実施場所:
つくば研究開発センター（つくば産総研内）
研究開発項目: 光電子集積インターポーザのデバイス・実装技術開発
 光電子集積インターポーザのシステム化技術開発
 情報処理システム化技術

隆宏

＜分室＞

研究実施場所:
日本電気(株)（府中）
富士通(株)（新川崎）
沖電気工業(株)（蕨）研究開発項目: 光電子集積インターポーザのシステム化技術開発
 情報処理システム化技術
 情報通信システム化技術

参加企業/組織
日本電気(株)、富士通(株)、沖電気工業(株)、古河電気工業(株)、三菱電機(株)、国立研究開発法人産業技術総合研究所、一般財団法人光産業技術振興協会

 組合員企業の研究者が集中研に結集、基盤技術であるデバイス・実装技術を開発
 組合員企業の分室で実用化・事業化に向けたシステム化技術を開発
 持続的高性能化に向けた革新的デバイスの開発は、大学と共同実施
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

6光エレクトロニクス実装PJの研究計画
 プロジェクトは３期に分割して実施
 デジコヒトランシーバと光I/Oコアの事業化をプロジェクト実施期間中に達成
年度

２０１２ ２０１３ ２０１４ ２０１５ ２０１６ ２０１７ ２０１８ ２０１９ ２０２０ ２０２１
未来開拓研究プロジェクト期間

METI
直執行

項目

NEDOプロジェクト実施期間
第一期

第三期

第二期

革新的デバイス技術① 光エレクトロニクス
実装基盤技術革新的デバイス技術② 光エレクトロニクス
実装システム化技術

システム化技術:光電子集積サーバシステムサーバ
システム最適アーキテクチャ、統合化技術、ボード間・筐体間接続技術 （省電力、高信頼性、CPU間光接続方式等）

2. 革新的デバイス技術
1. 基盤要素技術

1. システム化技術
2. 国際標準化

基盤要素技術開発
・光配線基本技術、光接続構造
・素子駆動技術、回路技術等

システム化技術:光電子集積光通信システム
・一芯双方向光トランシーバ技術（PON向けONU）
・低消費電力100Gbpsデジタルコヒーレント技術（～2016）

国際標準化

技術統合形態

大規模実装要素技術開発（高集積・高密度・大面積化）

光I/Oコア★2015年
デジコヒトランシーバ
事業化
光入出力ＬＳＩ基板

光電子集積インターポーザ技術開発• インターポーザデバイス・実装技術開発• インターポーザシステム化技術開発★2017年
光I/Oコア事業化

国際標準化★2022年以降

光電子集積インターポーザシステムの社会実装

光電子集積インターポーザ

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7光エレクトロニクス 世界の国プロ等の動向
日本は実装技術のグローバル開発を先導
2010

2011

2012

日本

2013

2014

2015

2016

2017

NEDO戦略省エネ

UNIC $44.3M

光電ハイブリッドSW

AIM $612M

大規模集積モジュール

光エレ実装機構（ものづくり）

E-PHI $13.9M 電気―光集積HELIOS €12M
CMOS光電集積欧州SiPhクラスター€30M 日本：実装主体のPJの先駆け
 米国：技術開発で先導 欧州：国家間連携を主導（アイオーコア社）

NEDO 次世代コンピューティング

NEDOエネ環先導

DC向け光SW・2010～
統合SiPhクラスタ・2012～
製造プラットフォーム
・2015～実装PJ始動

2021

コグニティブ光IF/SiPh32G送受信機

PECST50億円

欧州

2020

光エレ実装PJ (１～２期: 158億円) / (３期: 65億円)
FIRSTプログラム

・～2015
SiPh技術先導研究・2015～
モノづくりPJ始動

2019

METI未来開拓プロジェクト、NEDOプロジェクト・2010～国として取組
・2012～実装に着目

米国

2018

Plat4M €15M 製造用フォトニクス
PhoxTrot €12M 高性能低電力DC
EuroPIC €3.8M 光集積回路製造
FABULOUS €4M SiPh低コストunit

目標値

PKG内光化・並列処理

PIPES $65M

ENLITENED $50M+ DC用高効率
光集積技術
Horizon2020 €31.9M

COSMICC €3.9M （CMOS集積ボード）
L3MATRIX €3.8M （低コスト・低電力・大規模SiPh）*Teraboard €4.2M （Tb/s級大容量光インコネ）*ICT-STREAMS €4.1M （SiPh送受信＆ルーティング）
DIMENSION €3.4M （直接変調レーザon Si）
PASSION €8.4M （メトロNW光SWシステム）*PICTURE €4.1M （III-V/Si光集積回路）

日本（PETRA）

米国（AIM、PIPES）

欧州（Horizon2020）

容量 ：10Tbps
消費電力：1mW/Gbps(～2022/3)

容量 ：100Tbps
消費電力：1mW/Gbps（～2022/12）

容量 ：2Tbps
消費電力：2mW/Gbps
コスト ： 0.2€ /Gbps

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8内閣府最先端研究開発支援プログラム（FIRST）
 2010年、３０課題の一つとして光電子融合技術開発が採択
 PETRAが研究支援機関
 経済産業省未来開拓プロジェクトが研究開発成果を継承
内閣府報告書より抜粋 https://www8.cao.go.jp/cstp/sentan/followup/15.pdf

Photonics Electronics Convergent System Technologies (PECST)

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

光エレクトロニクス実装PJの研究計画
年度

２０１２ ２０１３ ２０１４ ２０１５ ２０１６ ２０１７ ２０１８ ２０１９ ２０２０ ２０２１
未来開拓研究プロジェクト期間

項目

METI直執行

中間評価①
▽

第一期

中間評価③
中間評価②
NEDOプロジェクト実施期間

革新的デバイス技術

革新的デバイス技術② 光エレクトロニクス
実装システム化技術

システム化技術:光電子集積サーバシステムサーバ
システム最適アーキテクチャ、統合化技術、ボード間・筐体間接続技術 （省電力、高信頼性、CPU間光接続方式等）

1. システム化技術
2. 国際標準化

基盤要素技術開発
・光配線基本技術、光接続構造・素子駆動技術、回路技術等

大規模実装要素技術開発（高集積・高密度・大面積化）

光電子集積インターポーザ技術開発• インターポーザデバイス・実装技術開発• インターポーザシステム化
技術開発★2017年

システム化技術:光電子集積光通信システム
・一芯双方向光トランシーバ技術（PON向けONU）
光I/Oコア事業化
・低消費電力100Gbpsデジタルコヒーレント技術（～2016）

国際標準化

技術統合形態

第三期

第二期① 光エレクトロニクス
実装基盤技術
2. 革新的デバイス技術
1. 基盤要素技術▼▽

光I/Oコア★2015年
デジコヒトランシーバ
事業化
光入出力ＬＳＩ 基板

国際標準化★2022年以降

光電子集積インターポーザシステムの社会実装

光電子集積インターポーザ

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

10100Gbpsデジタルコヒーレントトランシーバ
目的:
100Gbpsデジタルコヒーレントトランシーバにおいて消費電力を約30W程度まで低減できる技術を実現し、事業化を実現する
・低電力DSP-LSI
ﾙｰﾀ･ｻｰﾊﾞ機器間ｲﾝﾀｰｪｰｽ技術、狭帯域化伝送技術、低電力化技術を統合し、20nm CMOSプロセスを用いた低電力
DSP-LSIを試作。20Wの低電力性能を確認
ﾙｰﾀ・
ｻｰﾊﾞ
IF

送信DSP

狭帯域伝送

受信DSP

DSPコアブロック

DSP-LSI
31x31mm2
150Mゲート・CFP-DCO
DSP-LSIと小型光受信デバイスを用い、従来比で容積1/2以下の小型化と従来比1/3となる低消費電力(30W)を実現

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11デジタルコヒーレントトランシーバの事業化
 NELは低電力DSP-LSI・光送受信デバイスを2015年1月から事業化を開始
 FOCは4×5インチMSA、CFP-DCOデジタルコヒーレントトランシーバ
は2015年1月から、CFP2-ACOトランシーバは2015年9月から事業化を開始
NELでの事業成果
低電力DSP-LSI

光送受信デバイス

FOCでの事業成果

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12光エレクトロニクス実装PJの研究計画
年度

２０１２ ２０１３ ２０１４ ２０１５ ２０１６ ２０１７ ２０１８ ２０１９ ２０２０ ２０２１
未来開拓研究プロジェクト期間

項目

METI直執行

中間評価①
▽第一期

中間評価③
中間評価②
NEDOプロジェクト実施期間

革新的デバイス技術

革新的デバイス技術② 光エレクトロニクス
実装システム化技術システム化技術:光電子集積サーバシステムサーバ
システム最適アーキテクチャ、統合化技術、ボード間・筐体間接続技術 （省電力、高信頼性、CPU間光接続方式等）

1. システム化技術
2. 国際標準化

基盤要素技術開発
・光配線基本技術、光接続構造
・素子駆動技術、回路技術等

大規模実装要素技術開発（高集積・高密度・大面積化）

システム化技術:光電子集積光通信システム
・一芯双方向光トランシーバ技術（PON向けONU）★2017年・低消費電力100Gbpsデジタルコヒーレント技術（～2016）

国際標準化

技術統合形態

第三期

第二期① 光エレクトロニクス
実装基盤技術
2. 革新的デバイス技術
1. 基盤要素技術

光I/Oコア▼▽★2015年
デジコヒトランシーバ
事業化
光入出力ＬＳＩ 基板

光電子集積インターポーザ技術開発• インターポーザデバイス・実装技術開発• インターポーザシステム化
技術開発

光I/Oコア事業化

国際標準化★2022年以降

光電子集積インターポーザシステムの社会実装

光電子集積インターポーザ

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

13光配線の進展と本プロジェクトの成果
従来

光トランシーバ

電気配線サーバへの光配線適応
データセン
タ、HPC等で実用化

光配線ケーブル
光ファイバ

PETRAで開発（第1期、第2期）
光トランシーバ

光I/OコアPETRAで開発（第3期）
光トランシーバ

FPGAボードへの光I/O適応
アイオーコア社で光I/Oコ
アを実用化、FPGA
NECPFでFPGAボードの製品化

光電子集積インタポーザ

DLUパッケージ
DLU

メモリ

インターポーザ
光コネクタ
ポリマー光導波路

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

組合員企業で製品化計画中

光エンジン

14

光配線の進展と本プロジェクトの意義
従来

光トランシーバ

電気配線

サーバへの光配線適応
データセン
タ、HPC等で実用化

光配線ケーブル
光ファイバ

PETRAで開発（第1期、第2期）
光トランシーバ

光I/OコアPETRAで開発（第3期）
光トランシーバ

FPGAボードへの光I/O適応
アイオーコア社で光I/Oコ
アを実用化、FPGA
NECPFでFPGAボードの製品化

光電子集積インタポーザ

DLUパッケージ
DLU

メモリ

インターポーザ
光コネクタ
ポリマー光導波路

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

組合員企業で製品化計画中

光エンジン

15

光I/Oコアの開発（第2期までの成果の代表例）
 世界最小の光トランシーバを実現 デザイン、設計技術、製造技術が相互に連携
 デバイス技術のみならず、実装技術にも注力
 特許、意匠、ノウハウなど30以上の知的財産権を確保

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

16光I/Oコアの技術
 すべての送受信機能を5mm角のシリコンチップに三次元集積 超小型・高密度パッケージ 100℃超動作可能な量子ドットレーザの採用
 高温動作、高信頼性
 光ピンの採用により高トレランスなパッシブ実装実現
 高い生産性、低コスト
 1W以下動作、CDRなしの電子回路
光ピン コネクタ接続が容易 低消費電力
高温動作を実現
MMF

Electrical output

Receiver５ｍｍ

Si photonics substrate

RxTx

TIA IC

Photo detector

Driver / TIA IC

MMFTransmitter

Electrical input

低消費電力

Driver IC

QDL

Si photonics substrate

Grating coupler
５ｍｍ

世界最小
３次元構造

量子ドットレーザ

modulator

低損失の導波路基板
狭ピッチ

高温動作を実現

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

17光I/Oコアの応用例 －FPGAアクセラレータ－
 FPGAアクセラレータボード Up+Downで1.6Tbps（25Gbps×4line×(Tx8ch+Rx8ch））
 世界最高速の入出力を実装したFPGAアクセラレータボード

FPGA

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

18アイオーコア㈱:経産省認可の研究組合として初の分割会社• 商号:アイオーコア株式会社（英文名:AIO Core Co., Ltd.）• 資本金:100百万円（＠2020年3月31日）• 設立時資産:PETRA所有知財の一部を継承取得• 設立日:2017年４月17日• 事業内容:光I/Oコアの生産・販売• 顧客:米国、欧州、中国の通信／コンピュータ大手と商談中• 光I/Oコアの特徴

16:10 アイオーコア㈱代表取締役社長
福田秀敬氏

 世界で最も、高速、小型、低消費電力、低コスト、高温動作の光トランシーバ
 世界トップレベルの性能に加えて製造原価を大幅に低減、競合より３~５割以上安価な製品を実現可能

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

19光配線の進展と本プロジェクトの意義
従来

光トランシーバ

電気配線

サーバへの光配線適応
データセン
タ、HPC等で実用化

光配線ケーブル
光ファイバ

PETRAで開発（第1期、第2期）
光トランシーバ

光I/OコアPETRAで開発（第3期）
光トランシーバ

FPGAボードへの光I/O適応アイオーコア
社で光I/Oコ
アを実用化、FPGA
NECPFでFPGAボードの製品化

光電子集積インタポーザ

DLUパッケージ
DLU

メモリ

インターポーザ
光コネクタ
ポリマー光導波路

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

組合員企業で製品化計画中

光エンジン

20

光電子集積インターポーザに向けたデバイス実装技術開発

10Tbps/ノードの光電子集積インターポーザ
1シリコンフォトニクスチップ 当たり 112Gbps x 16 波 x 送受 (2)= 3.6Tbps
１ LSI 当たり３シリコンフォトニクスチップで、3.6Tbps x 3 ≒ 10Tbps

デバ
イス
技術
開発

実装技術
開発

高速デバイ
ス

第二期

第一期の技術目標

第三期

28Gbps/Si変調器

56Gbps/PAM4

112Gbps/56GBaud＋PAM4

低電力デバ
イス

5mW/Gbps /Si変調器

3mW/Gbps /高性能材料（SiGe)変調器

1mW/Gbps /小型導波路埋込型SiGe変調器

波⾧多重デバイス

4波⾧/アレイ導波路型回折格子（AWG)（素子）8波⾧/AWG(素子）16波⾧/AWG+バンドパスフィルタ（集積回路）

光の入出力

10mmレベル目合わせ精度/
グレーティングカプラ＋縦型ポリマー導波路

20Tbps/mm2/
3次元ミラー＋横型ポリマー導波路

電気配線構
造

平面構造

インターポーザ構造

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

21デバイス技術の最終成果
小型電界吸収型変調器
16波⾧多重フィルタ
112Gbps光・電子回路
ー10Tbps/ノードに向けてー ー10Tbps/ノードに向けてー ー1mW/Gbpsに向けてー
初段で大きな波⾧括りで合分波した後、 AWGで細分化する１６波⾧多重フィルタを開発し、波⾧分波を確認

高速動作の光変調器/受光器とそれを駆動する電子回路を開発し、112Gbps動作を確認

AWG
BPF

消費電力（シミュレーション）（ｍW/Gbps）

16波フィルタ構造

EA変調器向けCMOS駆動/アンプ回路を設計し、駆動電圧の低減と22nm ノードの適用により、シミュレーションにより1ｍW/Gbpsに目途

16に分波

第二期
28nm
（MZ光変調器）

第三期
22nm（EA光変調器）

駆動回路

2.1

0.27

アンプ回路

3.50.66

合計

5.60.93

GeSi電界吸収型光変調器の112Gbps光変調波形

Ge受光器とアンプ電子回路の実装構造の112Gbps電気受光信号

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

22集積化プロセス技術・光実装技術の最終成果
シリフォト集積化プロセス
ープロジェクト成果の社会実装に向けてー シリフォト集積プロセス技術の300mm一貫試作ファンドリへの展開
伝搬損失(dB/cm)

導波路:ラフネス低減で世界最高の損失特性
2.0 シリコン導波路とポリマー光導波路の異種導波路接続技術として、3次元曲面ミラーを開発し、20Tbps/mm2に相当する高密度光接続構造を実現
 温度無依存性を実証

C帯伝番損失1.00

三次元ポリマミラー形成
ー20Tbps/mm2に向けてー[dB/cm]
細線導波路伝番損失面内分布(440nm幅、220nm高さ、λ=1550nm)

420 440 460 480
導波路幅(nm)

透過光強度(dB)

変調器: 高均一な変調特性

断面図
シリコン導波路

下部ミラー

200nm

0.4V

-3.2V

波長(nm)

受光器:

高均一な感度特性を実証

変調効率偏差分布

85℃

25℃

112Gbps光伝送波形
200nm
受光感度偏差分布

暗電流特性

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

23光電子集積インターポーザを搭載したシステム化技術開発
光電子集積インターポ
ザのデバイス・実装技術

情報処理システム化技術
光電子融合サーバボード

10Tbps/ﾉｰﾄﾞ

情報通信システム化技術
5Gモバイルのスモールセルアンテナ
用光トランシーバ

10x2x2cm以下の小型化

情報処理システム化技術
ラックスケール並列分散システム

消費電力量３割削減

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

24光電子融合サーバボード搭載の情報通信システム（最終成果）
光電子融合サーバボード
ー10Tbps/ﾉｰﾄﾞー

 富岳採用CPUを搭載した光電子融合サーバ
ボードをスパコン試作システムに実装し、100Gbps（25Gbps x 4ch）伝送を確認
 波⾧多重技術と組み合わせることで10Tbps/ノードの見通し

情報通信システムー5Gモバイル用小型光トランシーバﾞー シリフォトによりスモールセルアンテナ用光トランシーバを10x2x2cm以下に小型化
 ４波多重と高感度受信器（AＰD）により小型・大容量伝送を実現

富岳採用CPU

ヒート
シンク

光IOコア

小型光トランシーバモジュール

光電子融合サーバボード
ch 1>130TE
A/W

ch 2

波⾧1601.9nm
ch 3

ch 4

波⾧1603.5nm

サーバ間光伝送特性(アイパターン）

波⾧1602.7nm

波⾧1604.3nm

4波多重の受信特性(アイパターン）

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

波⾧1600nm帯における受光感度25ラックスケール並列分散システム（最終成果）◆波⾧多重や波⾧ルーティングなどの光接続技術を用いて、全サーバボード間を結合した光電子融合ラック型サーバシステムを開発◆電気スイッチを介した従来のデータ伝送方式と比べ、計算速度を一桁以上高速化し電力量30%以上を削減

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 最終成果報告会(2022年2月10日)

26

革新的デバイス技術の代表的最終成果
シリコン基板上直接成⾧量子ドットレーザの実現••

シリコン（１００）基板上に全MBEによる直接成⾧量子ドットレーザの実現に成功
100 ℃ 以上の高温連続波動作を実現

J. Kwoen et al. Opt. Express 26 9 11568 (2018)
J. Kwoen et al. Opt. Express 27 3 2681 (2019)
J. Kwoen et al. Opt. Express 29 18 29378 (2021)
J. Kwoen et al. Electon. Lett. 57 14 567 (2021)

III-V/SiハイブリッドMOSキャパシタを用いた超高効率光変調器の実現••

III-V層への電子蓄積による光変調を世界初実証
Si変調器の10倍の効率、1/10の光損失を実現

Nature Photonics, vol. 11, no. 8, pp. 486–490, Jul. 2017

将来の光電子集積サーバ搭載用光源技術・光変調器技術を確立
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

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成果の実用化・事業化に向けた取組と見通し
第三期の成果
第一期、二期の成果の事業化⇒技術開発成果を用いて組合員企業による事業化⇒PETRAの一部を分割し新会社化⇒新会社が組合員企業と連携して事業化
光I/Oコア・サイズ5×5mmの25Gbps/chの光トランシーバを実現

量子ドットレーザ

光入出力

ドライバ
TIA

富士通: 次世代サーバ
HPCシステ ム､データ分析を活 用したDXサービス 事業

電気入出力
シリフォトチップ（導波路、変調器、受光器）

NEC: AI基盤向けHPC／ラックサーバアイオーコア株式会社（AIO Core Co., Ltd.）・事業内容:光I/Oコア技術を承継し、生産・販売
・設立日:2017年４月17日

HPCやラックサーバ領域において光接続FPGAアクセラレータを組み込み、性能向上、コスト削減によりシェア向上を狙う

OKI: 5Gモバイル向けTWDM-PON ONU
組合員企業
・事業内容:光I/Oコアを集積化し大容量LSIを光接続・組合員企業にて製品化に着手

スモールセルアンテナに組み込み可能な超小型ONU

シリフォト設計・プロセス統合プラットフォームの構築 手戻りがなく短期間でシリフォトチップ製造を可能とするプロセスと設計を統合したプラットフォームを構築
 組合員企業/アイオーコア社に展開し、低コストでシリフォトチップ供給が可能となるプラットフォームとして活用する
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

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まとめ
 本研究開発プロジェクトでは、光配線技術と電子回路技術を融合した光エレクトロニクス実装システム基盤技術を確立し、システムレベルでの光配線技術の有効性を実証するとともに、その事業化への道を拓いた 注力技術として• シリコンフォトニクス超小型光I/Oコア• 変調器、受光器、光源、波⾧多重光回路などの基盤デバイス技術• シリコンフォトニクス集積化プロセス技術• シリコンフォトニクスを活用したシステム化技術• 量子ドットレーザや新型変調器などの革新的デバイス技術を開発
 製品化を目指した技術開発の推進により、光トランシーバの分野において、研究開発フェーズから事業フェーズへの橋渡しを達成
 本研究開発プロジェクトの成果が、デジタルトランフォーメーションおよびグリーントランスフォーメーションの統合的発展に活用されることを期待する
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 最終成果報告会(2022年2月10日)

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