成果報告書詳細
管理番号20110000001384
タイトル平成19年度~平成22年度成果報告書 次世代高効率ネットワークデバイス技術開発 次世代高効率ネットワークデバイス共通基盤技術の開発
公開日2011/12/13
報告書年度2007 - 2010
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07012
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約 低消費エネルギーで大容量の情報を伝達できる光ネットワークとして要求の強い、放送局舎内LAN-SAN用のネットワーク技術の研究開発を行った。光LAN-SANシステムとしてNHKが開発しているスーパーハイビジョン(SHV)を伝送できるシステムを目指した。SHVはフルスペックでは1チャンネルあたり72Gb/sの帯域を必要としており、複数のチャンネルを伝送するために160Gb/s以上の伝送レートのシステムを目指した。このため、伝送方式としては光時間多重方式(OTDM; Optical Time Division Mutiplexing)を採用した。
 これを実現するために、デバイスの研究開発では、本プロジェクトの「次世代高効率ネットワークデバイス技術共通基盤技術の開発」の(1)小型・集積化技術開発の枠で、「集積化超高速全光スイッチならびにOTDM-NIC(Network Interface Card)」の技術開発を行った。超高速の光信号を処理するために、ピコ秒の速度で応答する量子井戸のサブバンド間遷移(ISBT; Intersubband Transition)を用いた、干渉計型の超高速全光スイッチの開発を進めた。この開発では、ISBT素子の位相変調効率を向上させる研究と、これをシリコン細線導波路とハイブリッド集積して小型化する研究、さらにモノリシック集積で超小型素子を実現する研究を行った。最終的に、1rad./pJの高い位相変調効率を単体ISBT素子で実現、また、1mmサイズのモノリシック集積の素子の開発にも成功した。また、開発途上の空間光学系を用いた超高速光スイッチを後述のLAN-SANシステム化の実験に用いた。本研究では、小型集積化NICを目指して、ハイブリッド集積のためのシリコン細線導波路を用いた光多重化回路等の要素技術の開発も合わせて行い、40Gb/sから160Gb/sに多重化する光回路を開発した。
 システム化の研究開発は、本プロジェクトの「次世代高効率ネットワークシステム化技術の開発」の、(2)超高速LAN-SANシステム化技術の研究開発の枠で、NHK放送技術研究所(NHK技研)・光産業技術振興協会と共同で進めた。当初目標を達成するためにまずNHK、富士通とともに、目指すべき超高速光LAN-SANシステム仕様を検討した。その上で、本プロジェクトで行うSHV配信実証実験の目標仕様を設定し、特に、それぞれが開発する機器同士の接続における整合性を確保した。この目標仕様に基づいて、産総研では、OTDM-NICを用いるLAN-SANシステムでの光伝送設計技術の開発に取り組み、システム全体として最適化をはかった。具体的には、160 Gbit/s OTDMシステムの構築およびその安定化を実現し、H22年5月のNHK技研公開において、非圧縮SHV信号配信の動態展示を実施した。そこでは、一日当たりおよそ8時間の連続動作を1週間にわたって行った。さらに、160Gbit/s OTDM信号を光スイッチで切り替える超高速光LAN動作実現に不可欠な光クロック配信方式について検討した。その結果、将来来るべき超高速光LAN上で、SHV映像の切り替え・配信を可能とする要素技術を確立した。
英文要約Title: Development of Next-generation High-efficiency Network Device Technologies (FY2007-2010) Final Report
Development of the LAN-SAN (Local Area Network - Storage Area Network) system technologies for broadcasting stations has been done targeting to realize huge capacity transmission with low power consumption. As a LAN-SAN system we focused on the system that can transmit super-high-definition TV (SHV-TV) being developed by NHK. The SHV requires the bandwidth of 72-Gb/s for one channel. Accordingly, the target was to develop a system capable of transmitting serial 160-Gb/s signals, which can carry two channels of full-spec SHV. As a scheme to transmit such signals, we employed OTDM (Optical Time Division Multiplexing).
For the achievement of the target, performed were the research and development of the ultrafast all-optical switch and OTDM-NIC (Network Interface Card). Intersubband transition (ISBT) all-optical gate switches were developed for processing the ultrafast optical signals. First, the improvement of the all-optical phase modulation efficiency was done with respect to the ISBT device to lower the pulse energy for switching. Then, while some optical modules with bulk optics using the improved ISBT devices were fabricated and used in the system experiments, development of the hybrid integration of silicon wire waveguide and ISBT device was done to realize a very small device. Also performed was the development of monolithically integrated ISBT switching device. Monolithically integrated device capable of operating at 160-Gb/s was successfully developed. Passive optical component for multiplexing 40-Gb/s signals to a 160-Gb/s signal was also developed.
Development of the LAN-SAN system was performed in collaboration with OITDA and NHK. First, the specifications of the system was determined through discussions with NHK and Fujitsu (Member of OITDA). Specifications were fixed such that the equipment can be efficiently developed at each organization. AIST developed 160-Gb/s OTDM transmission system technologies using OTDM-NIC, and optimized the system to realize a better stability. The developed system transmitting two channels of SHV at 160Gb/s(172Gb/s including FEC) was demonstrated at the Open House of NHK Science & Technology Research Laboratories in May 2010. The system operated stably over 1 week with operating time of 8hr/day. A preliminary study was also done to realize switching between two end users by an optical switch, which requires dynamic optical clock extraction.
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