シリコンフォトニックデータ通信技術

シリコンフォトニックデータ通信技術
いくつかのカテゴリーでは光子デバイスシリコンフォトニック部品は、後述する最高クラスのデバイスと競合できる。おそらく、私たちが最も革新的な研究だと考えるのは、光通信変調器、検出器、導波管、その他のコンポーネントを同一チップ上に統合し、相互に通信する統合プラットフォームの構築です。場合によっては、これらのプラットフォームにトランジスタも組み込まれ、増幅器、シリアル化、フィードバックをすべて同一チップ上に統合できます。このようなプロセスの開発コストが高いため、この取り組みは主にピアツーピアデータ通信アプリケーションを対象としています。また、トランジスタ製造プロセスの開発コストが高いため、性能とコストの観点から、当面はウェーハレベルまたはチップレベルで接合技術を用いて電子デバイスを統合することが最も合理的であるというコンセンサスが、この分野で形成されつつあります。

電子デバイスを用いて計算を行い、光通信も実行できるチップを製造できることには、明らかな価値があります。シリコンフォトニクスの初期の応用分野は、主にデジタルデータ通信でした。これは、電子（フェルミオン）と光子（ボソン）の根本的な物理的差異に起因しています。電子は、2つが同時に同じ場所に存在できないため、計算に最適です。つまり、2つは強く相互作用します。そのため、電子を用いて大規模な非線形スイッチングデバイス、つまりトランジスタを構築することが可能です。

光子には様々な特性があります。例えば、多数の光子が同時に同じ場所に存在でき、非常に特殊な状況下では互いに干渉しません。だからこそ、1本の光ファイバーで毎秒数兆ビットのデータ伝送が可能なのです。これは、1テラビットの帯域幅を持つデータストリームを作成することによって実現されるわけではありません。

世界の多くの地域では、光ファイバー・トゥ・ザ・ホーム（FTTH）が主流のアクセスパラダイムとなっていますが、米国ではDSLなどの技術と競合しており、この傾向は実証されていません。帯域幅の需要が常に高いことから、光ファイバーによるデータ伝送の効率化を推進する必要性も着実に高まっています。データ通信市場の大きな傾向として、距離が短くなるにつれて、各セグメントの価格は劇的に低下し、一方で通信量は増加しています。シリコンフォトニクスの商用化に向けた取り組みは、データセンターや高性能コンピューティングをターゲットとした大容量・短距離アプリケーションに重点的に取り組んできたことは当然のことです。将来のアプリケーションには、ボード間、USB規模の短距離接続、そして最終的にはCPUコア間通信も含まれるようになるでしょう。ただし、チップ上のコア間アプリケーションがどうなるかは、まだかなり推測の域を出ません。CMOS産業の規模にはまだ達していませんが、シリコンフォトニクスは重要な産業になり始めています。