硅光子技术全面普及：体验硅发光技术的进展（二）

小型化也取得巨大进展

　　瞄准芯片间光传输的部件试制也已经展开。由日本内阁府提供支援的研究开发组织“光电子融合系统基础技术开发（PECST）”试制的光收发器IC注3）达到了目前世界最高的集成度和传输容量密度。PECST于2012年9月发布了可在1cm2的硅芯片上、集成526个数据传输速度为12.5Gbps的光收发器的技术注4），数据传输容量密度相当于约6.6Tbit/秒/cm2。主要用于负责LSI间大容量数据传输的光转接板（图4）。

　　图4：芯片间布线驶入“光的高速公路”

　　本图为东京大学荒川研究室与PECST开发的LSI间数据传输用光转接板的概要。除了作为光源的激光元件外，都使用CMOS兼容技术集成到了SOI基板上。激光元件也可以利用普通的贴片机安装到芯片上。（摄影：右为PECST）

　　注3）PECST是以在2025年实现“片上数据中心”、即在硅芯片上实现数据中心功能为目标成立的研究开发组织。2010年3月开始研究工作。

　　注4） 该光收发器每组所占面积为0.19mm2。除激光元件外全部利用CMOS兼容技术实现。

　　这次发布具有划时代的意义，该技术解决了各元件的尺寸过大、难以实现短距离传输和高密度集成的原有课题。常有人把光传输比喻为“飞机”运输，而把电传输比喻为“铁路”或“汽车”运输，如果是跨海的长距离运输，使用飞机比较合适，但如果只是向几公里远的相邻城市运输货物则不适合使用飞机。因为不仅有燃料的问题，飞机起降所需的“机场”也太大。而光传输中相当于“机场”的光收发器的尺寸原来就非常大，有数cm见方，不适合1cm距离的传输（图5）。

　　从PECST的试制品上，能看到在面积1cm2的芯片上集成多个光收发器IC的可能性。光收发器IC和构成元件的小型化几乎直接关系到低耗电量化。因为元件面积小的话，元件容量也小。通过推进元件尺寸的小型化，一举改善了光传输的耗电量和集成度这两项课题。

　　图5：即将实现10Tbit/秒/cm2的传输容量密度

　　本图为光传输用收发器的小型化以及伴随小型化的集成度提高情况。通过小型化提高集成度的话，传输容量密度也会提高。目前的最高传输容量密度为PECST实现的6.6Tbit/秒/cm2。PECST预计2013年上半年将实现10Tbit/秒/cm2。

　　开发独特的核心技术群

　　PECST的光收发器的实现主要依靠四项核心技术（图6），分别为（1）作为光源的激光阵列元件、（2）连接光源与硅波导的光斑尺寸转换器（SSC）、（3）Mach-Zehnder型光调制器*、（4）锗光敏元件。

　　图6：实现6.6Tbit/秒/cm2传输容量密度的核心要素

　　本图为东京大学荒川研究室与PECST实现6.6Tbit/秒/cm2传输容量密度的技术要点。激光元件方面，开发出了大规模阵列化的技术；大幅降低了光斑尺寸转换器的损失；光调制器的尺寸缩小至原来的1/4；锗光敏元件也实现了2