CPUを多数接続した大規模システムであるサーバやスパコンは、高性能化に伴いCPUが搭載された筐体内や筐体間での通信データ量がますます増加しています。このため、サーバやスパコンの性能向上には、CPU単体の演算性能を高めるだけでなく、それらをつなぐCPU間のデータ通信速度の向上も必要です。サーバやスパコンではシステム全体で大きな電力を必要としますが、設備が供給できる電力の制約もあるため、データ送受信回路の電力を増やすことなく通信速度を向上させることが求められています。

そこで、NEDOは、情報通信機器の省電力化と高速化を目的に、シリコンフォトニクス技術^※1を用いた基盤技術を確立することを目指し、「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」プロジェクトを推進しています。

このたび、本プロジェクトにおいて、技術研究組合光電子融合基盤技術研究所（PETRA）、富士通株式会社、株式会社富士通研究所、Fujitsu Laboratories of America, Inc.は、サーバやスパコンのCPU間高速データ通信を世界最高の電力効率である1Gbps^※2あたり5mWで実現するシリコンフォトニクス技術を用いた光送受信回路を開発しました。今回、光素子を低電圧駆動させながら、送信データの変化を捉えて大きな振幅になるように補い、従来の半分の電力で25Gbpsの高速動作を実現しました。

本技術により、消費電力を抑えながら、複数の光送受信回路を並べた毎秒テラビット級の高速伝送を実現できるため、サーバやスパコンの高性能化が期待されます。

今回、CPUからの送信信号が-1や+1に変化するタイミングに限定して増幅することで、1.8V程度の振幅を断続的に発生させることに成功しました。これにより、電源電圧が1.8Vと一般的に用いられている3.3Vに比べて低く、データが変化しないところは小振幅で電力を使わないため、低消費電力を実現しています。

原理的には、送信データとそれを遅延させたデータを-α(0<α<1)倍したものを足し合わせることで、送信データが-1から+1へ変化する場合、+1が+1+αに増幅されます。また、送信データが+1から-1へ変化する場合、-1が-1-αとマイナス方向にさらに変化させることが出来ます(図2)。本技術により、高速化と低消費電力化の両立が可能であり、25Gbpsの高速伝送を従来の半分である1Gbpsあたり5mWで実現できることを確認しました。

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  図2　開発した技術にて高速化と低消費電力化を両立

今後、NEDOプロジェクトにおいて開発した技術を、CPUや光モジュールのインターフェース部などに適用し、2018年度の実用化を目指します。

なお、今回の成果については、IEEEが認定する国際固体素子回路会議ISSCC 2015^※3（2015年2月22日～26日　 米国）で発表します。

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