硅光子技术全面普及：体验硅发光技术的进展.doc

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1、硅光子技术全面普及：体验硅发光技术的进展　　关于在硅晶圆上实现光传输的“硅光子”技术，其实用化和研发的推进速度都超过了预期。其中，日本的进展尤其显著。日本在高密度集成技术和调制器等的小型化方面世界领先，在CMOS兼容发光技术和光子结晶的开发方面的成果也震撼全球。硅光子技术的应用范围有望从目前的主要用途——电路板间的数据传输扩大到芯片间和芯片内的传输。预计这方面的应用将在2020年前后实现实用化。　　　　“硅光子”已经进入全面普及阶段。利用该技术，各种光传输元件的大部分都可以通过CMOS技术集成到硅芯片上注1）。　　注1）目前只有光源还需利用化合物半导体激光元件。　　硅光子技术目前的主要用途是

2、嵌在有源光缆（AcTIveOpTIcalCable，AOC）*中的光收发器IC（图1）。AOC在超级计算机、数据中心以及通信运营商的传输装置领域的应用迅速扩大，是用于板卡和设备高速连接的光缆。　　　　图1：光传输的应用范围将从板卡间扩大到芯片间，再到芯片内　　本图为最近和不久的将来的光传输导入领域。名为AOC（有源光缆）的服务器板卡间通信技术大部分都是利用硅光子技术的光传输。预计今后芯片间传输、CPU内核间以及CPU内核内的全局布线等也将利用光传输。（摄影：（a）为美高森美公司（原卓联半导体），（b）为Luxtera公司，（c）为阿尔特拉）　　*AOC（AcTIveOpTIcalCable）

3、＝带光收发器模块的光缆。由于耐久性和可靠性高，在2008年前后，这种光缆在高性能计算机市场上的需求开始扩大。调查公司GlobalInformation发布的数据显示，2011年AOC的全球销量为30.5万根，销售额为7000万美元。该公司预测，2016年的销量将达到78.6万根，销售额将扩大到1.75亿美元。　　硅光子之所以能在AOC用光收发器领域取得这样的成绩，是因为可以通过量产大幅降低成本，这与采用CMOS技术的半导体产品一样。而以前的AOC采用的是基于化合物半导体的分立元件，价格较高。　　以风险公司为中心的市场将发生变化开拓该用途的是美国加州理工学院成立的风险企业Luxtera，以及同

4、为风险企业的Kotura公司。2008年前后开始量产的Luxtera于2012年2月宣布，“已售出100万个单位通道传输容量为10Gbit/秒的光IC”。Kotura也于2013年2月宣布，“光IC的销量较上年翻了一番、相当于6万通道/月”。从这些出货量数据来看，这两家公司的产品占了AOC市场的相当大一部分注2）。　　注2）Luxtera与飞思卡尔半导体和意法半导体开展合作，Kotura与甲骨文等企业在技术开发和制造方面开展合作。　　不过，该市场将迎来巨大的变化。因为思科系统和英特尔等企业相继涉足该市场。在今后将形成市场的100Gbit/秒传输容量的AOC中，预计硅光子将掌握主导权。　　思科

5、的动作非常迅速。该公司2012年2月斥资2.71亿美元收购了风险企业Lightwire，同年10月发布了基于硅光子技术的、支持100Gbit/秒的光收发器规格“CiscoCPAK”，2013年3月发布了安装有该规格光收发器模块的传输装置。　　英特尔也于2013年1月发布了采用硅光子技术的AOC，该产品支持脸书主导的数据中心行业标准“OpenComputeProject”。　　　　芯片间光传输大势所趋　　预计硅光子市场今后还将日益扩大。肩负AOC”未来”的市场已经初现端倪。AOC主要用于“电路板间”的大容量数据传输，而今后，电路板上的微处理器之间以及微处理器与存储器之间等“芯片间”用途将实用化

6、。IBM和英特尔现在正在推进开发，目标是将其用于2020年前后的超级计算机和服务器。　　　　图2：光传输和电传输的低耗电量化以1cm为分界　　如果传输距离在1cm以上，目前的光传输技术的耗电量小于电传输。光传输的耗电量主要是光收发器的电光转换以及光电转换消耗的。最近大幅减小了光收发器的尺寸，因此耗电量也减小了。　　光传输的应用始于长距离通信，之后其用途扩大到了短距离通信，取代了电传输。在这一点上，采用硅光子的光传输也是一样。预计将来微处理器内部的“CPU内核间”的数据传输也必须要利用硅光子技术。　　最近，硅光子技术在芯片间的应用有了眉目，这主要是因为，利用硅光子制作的光收发器的耗电量降低了。

7、一般来说，电传输是距离越短，所需的电力越少，而光传输即使距离缩短，电力也不会降低太多。因此，二者以耗电量相同的传输距离为分界点区分使用。最近，利用硅光子的光传输和电传输在传输距离为1cm时的耗电量基本相同，因此，在比以前短很多的距离间也有望利用光传输（图2）。　　比如，2013年3月IBM利用硅光子技术开发出了耗电量为1pJ/bit的光收发器IC。预计电传输的最低耗电量在传输距离为1cm时约为150fJ（0.