成果報告書詳細
管理番号20140000000304
タイトル平成23年度-平成25年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 先導研究 低消費電力サーバー実装技術の研究開発
公開日2014/7/1
報告書年度2011 - 2013
委託先名日本アイ・ビー・エム株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約本研究開発の目的は、低消費電力ITサーバーを実現するための実装技術の開発である。本研究開発では、次世代CMOSサーバーの消費電力を20%(最大で33%)削減することを目的としている。この研究開発は以下の3つの技術開発項目からなる。1.低消費電力チップ間インターコネクト技術の研究開発(チップ間光インターコネクトの省エネ化)、2.新型ボード間光電気接続モジュール技術の研究開発(ボード間光インターコネクトの省エネ化)、3.サーバー光回路スイッチの研究開発(ノード間の信号伝送の省エネ化)。
以下にこれら3つの技術開発項目についての研究開発成果を示す。
1.低消費電力チップ間インターコネクト技術の研究開発
我々は90nm CMOS回路上に低消費電力の電気光/光電気相互変換モジュールを作成し、20Gbpsの変調信号を用いて1bitあたり4.9pJの低電力化を実現した。これは最終目標5pJ/bit以下の値であり、本研究開発の最終目標を達成したこととなる。我々は精密な位置決め機構を有する低損失のシングルモード用ポリマー導波路を作成し、これを用いて、ファイバアレイ用コネクタ規格であるMT型のシングルモードポリマー導波路アレイコネクタを組み立てた。この導波路アレイコネクタは、シリコン回路上のシリコン導波路と外部の光ファイバアレイとの間を介在する接続部品として使用される。
2.新型ボード間光電気接続モジュール技術の研究開発
我々はボード間を低消費電力にて直接接続するための、光電気信号同時接続用コネクタを作成した。まず16x20のピン数を持つ0.5mmピッチの特殊なLGA型コネクタを作成した。次に各チャンネルにおいて、20Gbpsの変調信号の伝送を確認し、電気信号部において、1.0Tbpsの信号伝送を実現した。このコネクタは、中心部に光伝送部用に用いる矩形窓を有している。この特殊LGAコネクタの中央部に、0.25mmピッチで4x12個のマイクロレンズアレイを有する光コネクタを作成した。これにより光信号部において25Gbpsの変調信号を用いて、1.2Tbpsの信号伝送を実現した。すなわちこの特殊LGAコネクタ全体において、合計2.2Tbpsの光・電気信号伝送を実現した。これは最終目標2Tbps以上の値であり、本研究開発の最終目標を達成したこととなる。
3.サーバー光回路スイッチの研究開発
我々は、並列12チャンネルの2x2光回路スイッチを作成した。ラック間の電気信号伝送にシングルモード光伝送を併用することで、本研究開発の最終目標である、電気回路スイッチの消費電力の1/2を削減することが可能となった。我々はNxNの光スイッチ機構も考案設計した。これにより電気回路スイッチの消費電力のさらなる低減が可能となる。
英文要約Title:Project of innovative technology development for energy conservation / Leading research / Development of mount technologies realizing low-power consumption IT server FY2011-FY2013 Final Report
The objective of this project is to develop mount technologies realizing low-power consumption IT servers. We aim to save from 20 percent to 33 percent of the power consumption of the next generation CMOS servers. This project consists of three technical items: 1) highly integrated optical transmission technology for a low power chip-to-chip optical interconnection; 2) direct optoelectronic connector technology for a low power board-to-board optical interconnection; and 3) optical circuit switch type network technology for a low power rack-to-rack optical interconnection. The research results of these three items are shown as bellow.
1. Low power chip-to-chip optical interconnection technology
We fabricated the low power OE/EO modules on 90 nm CMOS circuit and achieved 4.9pJ/bit at 20Gbps modulation which is lower than our final target 5pJ/bit. We made a low loss single-mode polymer waveguide array which has an alignment structure. We also assembled a single-mode polymer waveguide array attached MT compatible connector. It connects between the silicon waveguide array and the optical fiber array.
2. Low power board-to-board optical interconnection technology
We fabricated the low power board-to-board direct optoelectronic signal connector. We made a special LGA connector which had 0.5mm pitch of 16 x 20 pins. We confirmed 1.0Tbps electrical signal transmission using 20Gbps modulated electrical signals. The connector has a square hole at the center as an optical interconnection portion. We made an optical connector inner the special LGA connector which had a 0.25mm pitch of 4 x 12channel micro lens array. We confirmed 1.2Tbps optical signal transmission using 25Gbps modulated optical signals. And we confirmed 2.2Tbps opto-electrical signal transmission using the special LGA connector.
3. Low-power rack-to-rack optical interconnection using optical circuit switch
We fabricated the 2x 2 optical circuit switches which can switch parallel 12 channel optical signals. It can save 1/2 power of electrical circuit switch by a single-mode rack-to-rack optical interconnection. We also designed N x N optical circuit switch which can save much larger power of electrical circuit switch.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る