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- しげのぶ うるしはた
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1 特別講演 13 時 35 分 ~14 時 05 分 シリコン光電子融合技術の現状と展望 スパコンの超小型実装に向けて 東京大学ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構長 生産技術研究所教授荒川泰彦
2 1. オンチップ サーバ LSI の限界の打破に向けて 光エレ実装プロジェクトがめざす目標
3 社会的背景 情報爆発に伴う IT 機器消費電力の爆発的増加 IT 機器の高性能化と低消費電力化が鍵 2006 年以後 情報量が劇的に増加 2 年で2 倍以上の増加 2010 年には ZB (Zetta Byte) を超えた 1GB (Giga-byte: 109): 新聞 1 年分 1ZB (Zetta-byte): 百万年分の新聞 ZB 10 ( 出典 ) IEICE vol.94, no.8, 2011 IT 機器の消費電力予測は 2025 年には 5.2 倍 ( 国内 2006 年比 ) 9.4 倍 ( 世界 2006 年比 ) JAPN WW 光エレ実装プロジェクトが本課題を解決する
4 電子集積回路 LSI の限界 電子回路の動作周波数の増大に伴い 配線の抵抗値が指数関数的に増大し 遅延により 伝送可能な距離が極めて短くなる コア数の増加による性能拡大のみでは やがて限界が訪れる 電子回路集積度 動作効率 1 兆 1000 億 100 億 10 億 1 億 1000 万 100 万 10 万 1 万 IC トランジスタ LSI VLSI ULSI 電子集積回路 信号の高周波化に伴い 電気では伝送不可能になり 光による伝送が必要になる 20Gbps の場合 年
5 LSI のボトルネックと光配線による障壁突破 LSI のボトルネックは 入出力信号の帯域密度の限界にある 入出力パッドのサイズ限界 パッドサイズの下限により IO 配線の帯域密度が劇的に高くなる 電気配線の限界に到達 2020 年代には電気配線密度に限界があり光配線が不可欠になる 1.0 Pad size 配線間隔 (2009 年比 ) 0.1 LSI Scaling 1 ロシ ック回路 2 フリッフ チッフ ハ ット 3BGA 年 電気配線による高速性と低消費電力の両立性困難 消費電力 (W/ch) 配線長 (cm) JIEP_Optelectronics packaging Road map I/O 帯域密度 (Tbps/cm 2 ) 光配線のポテンシャルと目標 PECST_PJ Former PETRA_PJ IBM ITRS Road map for electrical interconnect ITRS 光配線 西暦 ( 年 )
6 光エレ実装プロジェクトの目標 電子回路 LSI の限界の突破することにより 高性能 低消費電力オンチップサーバ機能の実現をはかる ソフトウェア アーキテクチャを含めた開発 アプリケーションへの展開可能性 2021 年度末の光電子集積サーバボードのデモ実証をめざす Optical I/O DRAM CPU Power supply DRAM
7 プロジェクトの概要 光エレクトロニクス実装基盤技術開発 基盤要素技術 - 光源 受光器等の部品 - 超小型光回路要素部品 - 光部品駆動電子回路 - 要素部品実装技術 - 集積化技術 光電子集積光通信システム システム性能 光エレクトロニクス実装システム化技術開発 送信用狭線幅波長可変光源 DSP LSI ドライバ回路 DP - QPSK 局発用狭線幅波長可変光源受信フロントエンド高速アナログ配線コントローラ電源 変調器 光入力 光出力 低消費電力 100Gbps デジタルコヒーレント技術 5mm 5mm LSI 向け光 I/O 基板 小型トランシーバ基板 ( 光 I/O コア ) 小型光送受信器内蔵光ファイバー (AOC) 一芯双方向光トランシーバ技術 (PON) 光電子集積サーバボード 光入出力 LSI 一芯双方向波長多重光トランシーバ技術 (WDM-PON) 光インターフェース付 SSD 光電子集積サーバによるデータセンター 光電子集積サーバボード 光電子集積サーバシステム 革新的デバイス技術 事業原簿 - プロジェクト実施期間 年度 未来開拓研究プロジェクト実施期間
8 2. 光エレ実装プロジェクトの挑戦 光 I/O コア 革新デバイス技術 デジタルコヒーレント技術開発 超小型光回路要素部品
9 光 I/O コア 低消費電力 超高速の世界最小チップ型光トランシーバを開発 5mW/Gbps 25Gbps/ch の光トランシーバを 5 mm角で実現 活用例 AOC ボード内光エンジン LSI パッケージ
10 光 I/O コアの構成 Si フォト集積チップに LD/IC 搭載 光 電気 I/O を実装 光 I/O( 光ピン ) ( 縦型光導波路 ) TX 断面構造 RX グレーティングカプラ 光 I/O コア集積チップ外観 Tx 変調器受光器 10 Rx
11 光 I/O コアに集積された光変調器と受光器 Si フォト集積チップ Tx 光変調器 受光器 Rx MOS キャパシタタイプ Si 光変調器 Al via SiO 2 n-poly-si Al via Al via 面入射型 Ge 受光器 入射光 Al/TiN 無反射コーティング p+-si p-si Si p+-si gate-oxide p+si p - Si i-ge(1.4mm) BOX SiO 2 p+si MOSキャハ シタタイフ マッハツェンタ ー型 Si 光変調器 高速 (~25 Gbps/ch) 高変調効率 (V π L < 1V cm) 低光損失 (<4dB) 低駆動電圧 (<1.0V) 面入射型 Ge 受光器 高速 (~25 Gbps/ch) 高変換効率 (Q.E.> 60%) MMFとの高結合効率 低バイアス電圧 (<3.0V)
12 光 I/O コアの動作実証 集積デバイス 光エレ実装要素技術の整合を図り光 I/Oコアを設計試作 5mm 5mmの光 I/Oコアを開発し 25Gbps 動作を実証 送信器 電気 I/O 光 I/O 受信器 信号 IN ドライバ GC 光ピン PIN_P D 変調器 MOS 変調器 光源 LD 光 I/O コア AOC 基板 光 I/O コア送信側 25Gbps 光出力波形 光 I/O コア受信側電気出力波形 光 I/O コア評価用ボード 12
13 マルチモードファイバ伝送実証 25-Gbps/ch でエラーフリーのマルチモードファイバ 300m 伝送を実証 伝送測定系 アイパターンと誤り符号率
14 光 I/O コアのアプリケーション 光 I/O コアの将来の ICT システムへの展開 サーバシステム シャーシ 光電子融合モジュール LSIチップ光ケーブル (I/O >1.2Tbps) ( 25 Gbps, >10cm ) チップ間 (10Tbps) AOC LSI Server on package サーバボード 光 I/O コア
15 小型化 低電力化に向けた革新デバイス技術 高性能 低消費電力オンチップサーバに向けた革新デバイス技術 15
16 革新的光源技術 量子ドットレーザ (Quantum Dot Laser) 量子ドットレーザ 量子井戸レーザ 提案 理論解析 磁場実験 1982 荒川 榊 温度安定性定電流動作 ( 電流調整不要 ) 広い動作温度範囲 (-40 ~220 ) 低消費電力 高速 / 長距離伝送 / 高信頼性 25Gbps 直接変調 20 年以上の寿命 低コスト / 量産性 QD レーザ社の新ビジネスモデル
17 革新的光源技術 : シリコン上量子ドットレーザ Output optical power (a.u.) 60 o C 50 o C 40 o C 30 o C 25 o C 80 o C 70 o C 90 o C 100 o C 110 o C Current density (ka cm -2 )
18 革新的光検出器技術 プラズマ酸化により Ge 光検出器の低暗電流化を実現 10-1 (1) Al 2 O (2) PPO & Al 2 O 3 Current (A) プラズマ酸化 Bias Voltage (V)
19 革新的光変調器技術 超小型 (<100um) フォトニック結晶変調器で 10Gbps 動作を実現
20 デジタルコヒーレント伝送によるデータセンタ間接続技術開発 開発目標 数 10~ 数 100km のデータセンタ間を 100Gbps の大容量でシンプルに接続する技術を開発 低電力デジタルコヒーレント DSP-LSI 集積光デバイスなどの要素技術と 小型トランシーバの開発し スイッチ / ルータのインターフェースカードから直接データセンタ間接続実現 要素技術の開発成果 DSP-LSI ルータ サーバ機器間インタフェース技術 狭帯域化伝送技術 低電力化技術を統合し 20nm CMOS プロセスを用いた DSP-LS を I 試作 100Gbps DP-QPSK 光変調方式による良好な伝送特性 ( 伝送距離 840km) を確認 集積光デバイス 部品の小型化 近接配置 超高精度実装技術を開発し 従来デバイスから機能削減なしに容積比 1/2 以下の小型化を実現 従来サイズのデバイスと遜色ない特性 ( 線幅 受信特性 ) を確認 ルータ サーハ IF 送信 DSP 狭帯域伝送受信 DSP DSPコアブロック DSP-LSI (31x31mm 2 ) 送信用 mm 受信用 16 x 30 x 5 mm 事業化 PETRA 参画企業において 2015 年 1 月から DSP-LSI 集積光デバイスの事業化を開始
21 デジタルコヒーレント伝送によるデータセンタ間接続技術開発 CFP-DCO タイプデジタルコヒーレントトランシーバ クライアント信号接続用 CFP 100G トランシーバの標準規格 (145x82x14mm) に DSP-LSI 送受信光デバイスを搭載 データセンタ間相当距離 (70~840km) を伝送し エラーフリー動作を確認 事業化 伝送速度 : 32GBaud X Pol. 受信コンスタレーショ 光送信デバイス光受信デバイス DSP 受信光パワー (dbm) ン試作 CFPトランシーバ内部構造従来 ( 幹線向け ) 比電力 1/3 実装体積 1/2 以下を実現 PETRA 参画企業において 2015 年 1 月から CFP-DCO トランシーバの事業化を開始 平成 27 年 9 月から CFP2-ACO トランシーバの事業化開始予定 Y Pol. 誤り率 ( 対数値 ) トランシーバ受信感度特性 CFP2-ACO タイプデジタルコヒーレントトランシーバ CFP-DCO のさらに半分のサイズ (108x42x12mm) を実現 CFP-DCO 向けに開発した OIF 準拠の光部品を適用し DSP-LSI を外部に実装することで発熱体を分散配置 OFC2015 の展示会で動態展示を実施
22 3. スパコン vs プロセッサ (PC) LSI の性能のトレンドが光電子融合により維持されるならば スパコン京の 2030 年頃の姿は? 7
23 スーパーコンピュータと PC/ サーバの性能のトレンド 1EFlops スーパーコンピュータ 天河二号 1PFlops 京 1TFlops 1GFlops Pentium 地球 Core i7 (Sandy Bridge) PC/ サーバ (Intel)
24 超小型スパコン ~ 野球ボール大スパコン データセンタレベルでの運用可能性検証 消費電力 30% 削減 サーバラック On-board サーバ <50cm 光電子サーバクラスタ光電子プリント基板 京スパコンを 100 万分の 1 脳機能コンピューティング 革新的光デバイス野球ボール大スパコン 光電子集積インターポーザ <5cm 8cm 到達には技術ギャップが存在 合計約 2400 チップ 現在 光電子集積サーバ LSI 10 年後 (NEDOプロジェクト) 20 年後 約 80 チップ (20x4)
25 4. 野球ボール大スパコンのインパクト 脳機能コンピュータ ( 超人的人工知能 ) ~ クラウドから分散型へのパラダイムシフト ~ 新産業革命の牽引役へ 7
26 まとめ シリコンフォトニクスの将来像 10 年後には オンチップサーバ 20 年後には 手のひらに スパコン ( 野球ボール大 手鞠状 ) 新産業革命の牽引役 超人的人工知能 Optical I/O DRAM CPU Power supply DRAM 数年後 10 年後 20 年後 ご静聴ありがとうございました
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お客様各位 カタログ等資料中の旧社名の扱いについて 1 年 月 1 日を以って NEC エレクトロニクス株式会社及び株式会社ルネサステクノロジが合併し 両社の全ての事業が当社に承継されております 従いまして 本資料中には旧社名での表記が残っておりますが 当社の資料として有効ですので ご理解の程宜しくお願い申し上げます ルネサスエレクトロニクスホームページ (http://www.renesas.com)
More information【NanotechJapan Bulletin】10-9 INNOVATIONの最先端<第4回>
企画特集 10-9 INNOVATION の最先端 Life & Green Nanotechnology が培う新技術 < 第 4 回 > プリンテッドエレクトロニクス時代実現に向けた材料 プロセス基盤技術の開拓 NEDO プロジェクトプロジェクトリーダー東京 学教授染 隆夫 に聞く 図6 4 3 解像度を変えた TFT アレイによる電子ペーパー 提供 凸版印刷 株 大面積圧力センサの開発
More information仕様 ハードウェア仕様 レシーバー側電源 消費電力 同梱 AC アダプター使用時入力 :AC100 V 50Hz/60 Hz 出力 :DC57 V / 1.14 A PoE 給電装置使用時 DC48 V / 265 ma 同梱 AC アダプター使用時 DC 57 V :1.14 A / 約 65 W
製品の仕様 付属品およびデザインは予告なく変更する場合があります 記載内容は 2015 年 11 月現在のものです 同軸 -LAN コンバーター WJ- / WJ- / WJ-PC200 概要 レシーバー側 4ch レシーバー側 1ch カメラ側 本機は同軸 -LAN コンバーターで レシーバー側とカメラ側を組み合わせて使用します 既存の同軸ケーブルを利用し 少ない初期投資で長距離伝送や高速通信などのデジタルデータ伝送を実現します
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小型スタンバイ機能付高精度正電圧レギュレータ 概要 NJU7241 シリーズは, 出力電圧精度 ±2% を実現したスタンバイ機能付の低消費電流正電圧レギュレータ IC で, 高精度基準電圧源, 誤差増幅器, 制御トランジスタ, 出力電圧設定用抵抗及び短絡保護回路等で構成されています 出力電圧は内部で固定されており, 下記バージョンがあります また, 小型パッケージに搭載され, 高出力でありながらリップル除去比が高く,
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ネットワーク環境に合わせて多彩なラインアップからモジュールを選択することで中長距離高速伝送を実現 DEM シリーズは 100M/1G/10G(1 芯及び2 芯 ) に対応している SFP/SFP+ 光モジュール ダイレクトアタッチケーブルを含む各種ケーブルで構成される製品群です メディアコンバータまたは D-Link 各種スイッチシリーズに装着することで 光またはイーサネット信号による中長距離 /
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平成 27 年 2 月 20 日 報道機関各位 東京工業大学広報センター長 大谷 清 高周波無線給電型の超低電力無線機で多値変調を実現 要点 5.8GHz 帯 113μW で動作する無線送信機に 多値変調を適用 直交バックスキャッタリング回路 により 32QAM,2.5M ビット / 秒を実現 無線機は高周波無線給電技術で生成した電源により動作 概要 東京工業大学フロンティア研究機構の益一哉教授と精密工学研究所の伊藤浩之准教授
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S9066-211SB S9067-201CT 視感度に近い分光感度特性 視感度特性に近い分光感度特性をもったフォトICダイオードです チップ上には2つの受光部があり 1つは信号検出用受光部 もう1つは近赤外域にのみ感度をもつ補正用受光部になっています 電流アンプ回路中で2つの受光部の出力を減算し ほぼ可視光域にのみ感度をもたせています また従来品に比べ 同一照度における異なる色温度の光源に対しての出力変化を低減しています
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Products Line-up 2018 VOL.1.0 222-0033 3-25-3 TEL045-470-1610045-470-1613 FAX045-470-1617URLhttp://www.dux.jp 450-0002 3-12-3 4F TEL052-569-5370FAX052-569-5372 534-0025 2-2-40 6F TEL06-6354-7851FAX06-6354-7852
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QEX2 月掲載記事 GPS 同期の 10MHz-OCXO 1. はじめに様々な場面で周波数精度の高い 10MHz 基準信号が必要とされます たとえば ダブルオーブン式の OCXO を使用して ppb 級 (10 の -9 乗 ) の精度を実現することができます OCXO 以上の精度を要求する場合には ルビジウム発振器や GPS 同期の OCXO を使用します ルビジウム発振器や GPS 同期の OCXO
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