光インターコネクトとは

THEME 08 デバイスと回路 · 光半導体Optical Interconnect

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光インターコネクトとは、チップやボードの間の信号を、電気の配線の代わりに光で運ぶ配線です。 距離が延びても信号が保たれやすくなります。

銅の配線は安く、作り方も確立しています。それでも光へ載せ替えるのは、速度を上げるほど電気の配線で届く距離が縮み、データセンターの規模ではその距離が足りなくなるからです。

速度を上げるほど電気の配線は届かなくなり、光は距離の影響が小さい

伝える手段の違い

電気の配線は距離とともに減衰し、速度を上げるほど届く距離が縮みます。光に載せ替えると、距離の影響がはるかに小さくなります。

電気の配線では、周波数が上がるほど損失が増えます。速度を上げると届く距離が縮み、その先には中継の回路が要ります。光は導波路やファイバの中で減衰しにくく、距離の影響がはるかに小さくなります。imec は、PAM-4 で 53 GBd の単一レーン伝送を 500 m にわたって行いました¹。

変換の装置が両端に要る代わりに、その間の距離は自由度が上がります。どこで光へ載せ替えるかが、設計の判断になり、その選び方がコパッケージ光学です。imec は、演算チップと広帯域メモリの間を対象に挙げています。

imec は 106 Gb/s の PAM-4 送信を 1.5 pJ/ビットで実現した

報告された数値

imec は 106 Gb/s の PAM-4 送信を 1.5 pJ/ビットで実現し、53 GBd を 500 m 伝送しました。帯域密度は 1 Tbps/mm² です。

imec は、2 並列の GeSi 電界吸収変調器による 106 Gb/s の送信器を PAM-4 変調で実現し、その消費は 1.5 pJ/ビットでした¹。将来のデータセンター回線は 400 Gb/s の容量を目標とし、TSV を使う送受信機の試作では単一レーン 40 Gb/s の NRZ 伝送を得ています。この TSV 送受信機の帯域密度は 1 Tbps/mm² でした。

回線の速さは、受光器の帯域でも決まる

回線の速さは、送る側と受ける側の遅いほうで決まります。受光器の帯域が、そのまま回線の上限になります。

imec の Ge/Si のアバランシェ受光器は、増倍率 8 と 32 GHz の帯域を持ちます。増倍があるぶん、弱い光でも信号として取り出せます。imec はさらに、100 GHz の Ge/Si アバランシェ受光器と正味 400 Gbps のデータ受信を示しました²。

ファイバからチップへ光を入れる段で、損失が積み上がる

ファイバからチップへ光を入れる段では、モードの大きさが合わずに損失が出ます。imec のエッジ結合器は、O 帯と C 帯の両偏波でファイバあたり -1.5 dB を示し³、ファイバ間の挿入損失の実測は合計 4 dB でした。

損失が大きいほど、送る側の光を強くするか、受ける側の感度を上げることになります。どちらも電力で払う操作です。

得か損かは、光へ載せ替える場所で決まる

光へ載せ替えれば距離の条件が緩み、同じ帯域を低い電力で運べます。その代わり両端に変換の回路と光の部品が要り、結合の段ごとに損失が積み上がります。短い距離では、変換の費用と電力が電気の配線の損失を上回ります。載せ替える場所の選び方が、そのまま得か損かを決めます。

よくある質問（FAQ）

光インターコネクトとは何ですか？

チップやボードの間の信号を、電気の配線の代わりに光で運ぶ配線です。距離が延びても信号が保たれやすくなります。

なぜ電気だと届かなくなるのですか？

電気の配線は距離とともに減衰し、速度を上げるほど届く距離が縮みます。データセンターの規模では、その距離が足りなくなります。

どのくらいの距離を伝送しますか？

imec は、PAM-4 で 53 GBd の単一レーン伝送を 500 m にわたって行いました。

速度はどのくらいですか？

imec は、2 並列の GeSi 電界吸収変調器による 106 Gb/s の送信器を PAM-4 で実現しました。1 レーン 400 Gb/s が目標です。

消費電力はどのくらいですか？

imec の 106 Gb/s の送信器の消費は 1.5 pJ/ビットでした。

面積あたりの帯域はどうですか？

imec が TSV を使って試作した送受信機の帯域密度は 1 Tbps/mm² でした。

光と電気をどこで切り替えますか？

この場所の選び方がコパッケージ光学です。imec は演算チップと広帯域メモリの間を対象に挙げています。

比較・違いを学ぶ

シリコンフォトニクスとは── 光の部品を作る土台
コパッケージ光学とは── 載せ替える場所を詰める形
メモリの壁とは── 帯域が足りなくなる背景
演算あたりのエネルギーとは── 1.5 pJ/ビットという指標の読み方

出典

3件を表示

1
Imec extends silicon photonics portfolio targeting next-generation data center interconnectsimec-int.com a b
2
imec：フォトニクスの公開ページimec-int.com ↩
3
imec：Interfacing silicon photonics for high-density co-packaged opticsimec-int.com ↩