AI時代を支える光電融合・次世代光源技術

光電融合半導体パッケージ技術の最新動向と産総研の取り組み

産業技術総合研究所　光電融合研究センター 研究センター長
天野 建 氏

生成AIの登場によってデータセンタの巨大化と高性能化が進んでいます。データセンタ内では大量のGPUを光通信で並列接続することで大規模演算を実現していますが、計算量の増加に従ってデータ通信に要する消費電力も爆発的に増加しています。喫緊の課題である演算と消費電力の両立を実現しうる技術として、従来の光トランシーバよりも低消費電力で大容量データ通信が可能な、半導体素子と光素子を同一パッケージ上に集積した光電融合技術が世界中で注目を集めています。

本講演では、光電融合半導体パッケージ技術の最新動向、産総研の取り組みと今後の研究課題に関して講演する。

2004年東京工業大学にて博士号を取得。産業技術総合研究所に入所。
2012年からPETRAを兼務し、光電融合研究プロジェクトに従事。
2018年からプロジェクトチームリーダー。
2019年から研究グループ長、2023年から総括研究主幹。
2025年から現職の光電融合研究センター 研究センター長。

CPO用高出力外部光源

古河電気工業株式会社　先端技術研究所 フェロー
那須 秀行 氏

近年、データセンターにおけるAI/ML技術の普及が進展し，急激に帯域幅が拡大している。一方で、電力の増加が大きな課題となっており、光インターコネクトの省電力化が求められている。そのため、LSIと光トランシーバを高密度に一つのパッケージ化して、光トランシーバからDSPを除去して省電力化を実現できるCo-Packaged Optics (CPO)が注目されている。

一方で、大きな消費電力を有するスイッチASICやxPU等のLSI近傍に光トランシーバを配置すると、熱輻射を受けて高温になる。化合物半導体であるレーザは高温環境で動作すると、特性及び信頼性が劣化する。そこで、レーザを環境温度の低いフロントパネルに配置する外部光源の導入が求められている。Optical Internetworking (OIF)はCPO用に外部光源用のSmall Form Factor (SFF)であるELSFPの仕様を発行しており、光出力等の規定を行っている。光トランシーバの高速化のニーズから外部光源の高光出力化のニーズが高まっている。

本講演では、外部光源のコアとなる高出力DFBレーザ及び8チャンネルTOSAに紹介する。また、消費電力するために空冷環境で動作するチャンネル当たり+23 dBm (200 mW)を実現する8チャンネルELSFP及び8チャンネルTOSAを2つ搭載した16チャンネルELSFPについて紹介する。

1995年古河電気工業株式会社入社。
高密度波長分割多重信号光源及び光インターコネクト用光モジュールの研究開発と製品化に従事。現在、先端技術研究所フェロー。
2006年、博士(工学)。
2019～2025年、京都工芸繊維大学非常勤講師。
2018～2022年、日本大学理工学部非常勤講師。Optica Fellow。IEEE Senior Member。電子情報通信学会シニア会員。OFC2026 D3 Subcommittee Chair、エレクトロニクス実装学会常任理事・総務委員長等を歴任。
エレクトロニクス実装学会技術賞、IEEE CPMT Symposium Japan Best Paper Award等を受賞。OIF (Optical Internetworking Forum)及びIOWN Global ForumのMember。