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1 国家プロジェクトにおける 技術研究組合 PETRA の挑戦 平成 27 年 6 月 16 日 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 専務理事藤田友之 1

2 Ⅰ. シリコン フォトニクスと世界の国家プロジェクト 2

3 シリコンフォトニクス ( 光電子集積回路 ) シリコンフォトニクス技術は シリコンに微細な光導波路を作り込み さまざまな機能を持つデバイスを集積する技術 技術障壁が高く リスクは大きいが 産業へのインパクトが大きい 欧米をはじめ 国家プロジェクトとして研究開発を進めている 難度の高い技術開発 産業へのインパクトが大きい 優秀な人材を集められる 光電子集積回路 AOC 何故 光配線なのか? レーザ 光出力信号 集積光 I/O チップ (TX) 電気入力信号 Ge 面型受光器 MOS 変調器 集積光 I/Oチップ (RX) 電気出力信号 光電子インターポーザ (2022 年頃 ) 20Gbps の場合 シリコンフォトニクス 集積技術 受光器 スホ ット径変換器 分岐器分波器 ク レーティンク 結合器 変調器 周波数が高くなると 電気配線では消費電力が極めて大きくなる 3

4 各国の国家プロジェクト投資額 主要国等の政府負担研究費 EU 11.7兆円 米国 11.1兆円 日本 3.5兆円 全研究費に占める政府負担比率 EU 33.3 米国 27.1 日本 17.9 主要国等の政府負担研究費の推移 IMF 為替レート換算 主要国等の組織別研究費負担割合 政府負担 出典 科学技術要覧 平成23年版(文部科学省) 4

5 Si Photonics Breaking News での国家 pj 関連の話題 半数以上を国家 pj 関連が占めている (M&A 関係を除く ) Start-up 国家 Pj 関連 M&A M&A Fund M&A Alliance MSA 出典 :Yole 社 Collaboration Partnership MSA 5

6 世界のシリフォト国家プロジェクト 欧州と米国が世界を牽引 欧州 : 最先端のシリフォトをファブで提供 米国 : 研究成果を事業化して 市場に投入 米国 (2003 年 ~) 事業化を意識 DARPA EPIC( デバイス )43 億円 UNIC( 光集積化 )44 億円 DoD IP-IMI( 実装 )110 億円 (Matching) AirForce, Navy, Army 各応用毎 欧州 (2002 年 ~) 最も早くスタート FP6( フォトニクス )47 億円 FP7( フォトニクス )51 億円 HORIZON( フォトニクス ) Photonics21 アジア シンガポールIME 台湾 TSMC 中国中国科学院 韓国 KAIST 日本 MIRAI/SELETE 内閣府 最先端 45 億円 経産省 /NEDO 実行中 6

7 欧米におけるシリコンフォトニクス関連プロジェクト ( ) 7 th Research Framework Programme (FP7) 欧州 ( 単位 :M ) プロジェクト略称 概要 開始 期間 PJ 総額 HELIOS CMOSベース光電気機能集積技術 2008 年 4 年 12 Plat4M 製造用フォトニック技術とライブラリ化 2012 年 5 年 15 FABULOUS シリフォト低コストユニットFDMAアクセス 2012 年 4 年 4 FIREFLY 導波路 フォトニック結晶ナノ インプリント 2011 年 4 年 5 NAVLCHI ナノスケール シリコン-プラズモン基盤 2011 年 4 年 3 PhoxTroT 高性能 低消費電力データセンタ /HPC DataLink 2012 年 5 年 12 EuroPIC 光集積回路製造用の欧州プラットフォーム 2012 年 4 年 3.8 合計 54.8 ( ) DARPA Projects for Silicon Photonics 米国 ( 単位 :M$) プロジェクト略称 概要 開始 期間 PJ 総額 EPIC シリコン光デバイスと集積化技術 2006 年 4 年 6.43 UNIC 大規模集積モジュール 2008 年 5 年 44.3 C2OI チップ間光配線 2003 年 9 年 28 E-PHI 光エレクトロニクスのヘテロ結合 2011 年 13.9 IP-IMI 光エレクトロニクス実装機構 ( ものづくり ) 2015 年 5 年 (110) 合計

8 Ⅱ. 欧米の国家プロジェクトに学ぶ点 ( シリコン フォトニクス関係 ) 8

9 (1) 欧州の光技術プラットフォーム Photonics 21 光技術プラットフォーム Photonics 21 は 欧州 27 カ国の経済価値創出の連鎖に関わる 350 団体からの代表が実行メンバーとなり 産業界の主導で推進される 応用技術分野に対応する四つのワーキンググループを横糸とし 要素分野ごとに三つのグループを縦糸として立体的に組織 現状の欧州の多様化したフォトニクス技術を共通化し 束ねるために次の四つの戦略 : (1) 欧州の力強いイノベーション促進へ向け 経済価値創出の連鎖に関わる全ての機関が協力する (2) 実用を主導とした分野融合を推進する (3) 異分野間のシナジー効果を引き出す (4) 欧州のフォトニクス技術開発の体制は分散状態にあるが それらの中に共通点を見出す 9

10 IBM 社の光集積化技術 (UNIC) 先進のアーキテクチャ 3 層構造 モノリシック (90nm) 25G 4ch トランシーバ製品を販売 ( 来年 ) 25Gbps で 世界初の 4 波 WDM 10

11 アプリ駆動型マルチコア Computing 用の光電子統合型 NW 11

12 欧州 imec:28gbps シリコンフォトニクスプラットフォーム July, 25, 2014, Leuven シリコンの高密度 低消費電力 WDM 光インタコネクト基盤 リングベース WDM フィルタ 温度調整型 28Gbps リング変調器 高速ゲルマニウム PD 低損失 (<2.5dB/ cm ) ストリップ導波路 高効率グレーティングカプラ (2.5dB 挿入損失 ) 25Gbps MZM すべて imec の isipp25g プラットフォームに集積 Silicon Photonics Multi-Project Wafer Service epixfab 12

13 欧州 PhoxTroT 高性能 低消費電力 データセンタ /HPC 向け DataLink 光バックプレーンコネクタ ( パッシブ ) 空気口 デュアルポートディスクドライブ 光ミッドボードトランシーバ 電源 高速コネクタ多層配線 ( 制御モジュールへ ) ミッドプレーン制御モジュール光フロント面コネクタ 光エッジトランシーバ 13

14 欧米の国家プロジェクトに学ぶこと 欧米企業の Behavior 良いと思ったら すぐに声をかける Give&Takeが基本なので レベルに応じた情報開示が早い 技術を理解する投資家が そばにいる 欧米企業に学ぶ点 平素からビジネスモデルを考え工夫している 弱みを強みに変える能力 ( 連携能力 ) が高い 14

15 Ⅲ. 新しい動き 15

16 (1) 光電子集積アーキテクチャ 世界の強豪各社が 光電子集積サーバのアーキテクチャを独自に提案 IBM 社 : 光電気積層集積構造 HP 社 : シリフォトを核とする TheMachine 2015 年 5 月発表 Intel 社 : シリフォトラックと AOC 内蔵 2015 年 2 月発表 Ericsson 社 :Intel アーキテクチャ上に通信装置構築 2015 年秋 : 新プロセッサ 2015 年 3 月発表 各社が 次世代のパートナーを募り始めた 16

17 (2) 米国政府 光集積チップ ものづくりプロジェクト President Obama Announces New Manufacturing Innovation Institute Competition 合衆国のものづくりは我々の経済創生の中核であり 合衆国のモノづくりセクタは数 10 年前の過去と同様に 新しい仕事を獲得し投資を受ける価値 ( 競争力 ) を有する IP-IMI:The Integrated Photonics Institute for Manufacturing Innovation 期間 :5 年 投資 :110M$ (Matching) 現在 選考中 米国では ものづくりに関する労働者が 3 割減少した その雇用を復活させたい 事業 or 研究 国プロ企業 大学研究機関 ファンドリーブローカー 設計ツール パターン生成 ( マスク EB データ ) サポート材料 資材製造 プロセスデザインキット 実装メーカテスト アセンブリ パッケージング 教育 トレーニング 研究ファブ プロトタイピング 投資機関 量産 / 製品ファブ 販売製品 技術移管 著述 17

18 (3) シリフォト企業の M&A シリコンフォトニクスの買収事例 ( 出典 :Yole 社 Photonics 2014 report, June 2014) 買収された企業買収の年月買収額買収した企業 Lightwire(US) Mar 2012 US$271M Cisco 総額約 1200 億円 US$ 400M US$ 82M US$ 47.5M Eu 11.5M 05/29 Avago が Broadcom を 4 兆 6000 億円 (370 億ドル ) で買収 これらの囲い込みにより オープンな市場での製品供給が減少 市場参入のチャンス 18

19 Ⅳ. 日本の国家プロジェクト 産業のコメとして 産学官連携 技術研究組合をベースとした活動 日本の強みを発揮 実装 基板 半導体 装置 19

20 日本におけるシリコンフォトニクスへの取り組み 基本姿勢 大志を共有 半導体の限界克服 システムの要請をデバイスに反映 産業の基盤 ( コメ ) を確保 Dream Team 東京大学荒川泰彦教授のリーダシップのもと 産学官の本格的な連携を実現する 産業への貢献 プロジェクト終了を待たずに事業化 失敗を恐れずに 攻める姿勢を 研究成果を継承した新会社設立 ( 改正 ) 技術研究組合法のメリットを最大限に活用 20

21 日本におけるシリフォト関連の国家プロジェクト 府省連携型 : 内閣府 最先端から経産省 未来開拓へ基礎技術の開発から 実用化 事業化へのステップ デバイス層 ~ システム ソフトウェア層に至る広い技術領域を連動させる 国家プロジェクト 経産省 /NEDO 総額 300 億円 超低消費電力型光エレクトロニクス実装技術 技術開発 ( インテグレーション ) 光アーキテクチャコンピュータ 通信機器 ( 低消費電力化 高性能化 ) 革新的デバイス飛躍的な性能向上 ( 大学との連携 ) 量産技術の確立 シリコンファブ アセンブリ組立 国家プロジェクト 内閣府 FIRST 総額 45 億円 フォトニクス エレクトロニクス融合システム基盤技術開発 技術開発 ( シリコンフォトニクス ) 基本デバイスレーザ, 変調器, 受光器導波路,SSC 量子ドットレーザを核とする世界最先端技術 革新的デバイス飛躍的な性能向上 ( 大学との連携 ) 21

22 光電子集積回路 協調型設計が重要 日本向き デバイス モジュール 実装の最適な役割分担を図る 複雑なトレードオフ問題を 協調的に解決 総合性能は 最適な役割分担によって実現される ( 協調型設計 ) 総合的電力削減温度非依存化テスト容易性シグナル インテグリティレーザ搭載プリント板搭載性ワイヤボンディング / フリップチップ実装 実装技術 エコカー開発に似ている Logic LSI モジュール デバイス Drv/Rcv Optical Signals Electrical Signals Si-photo. Mother Board 22

23 光エレ実装プロジェクトの特徴 集中研 各企業の壁を越えて協力し 技術の壁を突破 つくばの産総研に 約 50 名が集結 産学官連携 大学 産総研との密な連携で 中長期視点の研究開発推進 ( 企業だけでは無理 ) 柔軟な体制強化 デバイス プロセスからスタートし コンピュータ アーキテクチャからソフトウェアに至る協働研究を推進 ユーザ企業との連携による 新市場開拓を開始 23

24 第 Ⅰ 期の技術開発成果 世界最高峰を達成 25Gbps 12ch=300Gbps/chip 世界最小サイズで 世界最小電力 (5mW/Gbps) 量子ドットレーザ 24

25 企業との連携 ( 事業化 ) 海外企業との連携を開始 : Corning 社光ファイバー OFCで展示 約 100 社がコンタクト 25 Eye pattern at 25 Gbps 25

26 Ⅴ. まとめ 26

27 21 世紀型の産業へ 国家プロジェクトは 革新的な事業基盤を提供 その成果で新しい事業を生み出すのは 皆さんです! 欧米企業に遅れることなく 新ビジネスを創りましょう 年頃から 光電子集積チップ 情報通信機器 ヘルスケア 自動制御市場 光 NW 通信装置 医療 ヘルスケア ロボット 年頃以降 LSI 搭載用 高周波配線 AOC AOC ストレージ FPGA プロセッサ 年頃から 民生機器 基板内 装置内 年から 年頃から 27

28 ご清聴有難うございました 28

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