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においてフォトニックデバイスシリコンフォトニックコンポーネントは、以下で説明するクラス最高のデバイスと競合します。おそらく、私たちが最も革新的な研究と考えるのは、光通信これは、変調器、検出器、導波路、その他のコンポーネントを同一チップ上に集積し、相互に通信する統合プラットフォームの作成です。場合によっては、トランジスタもこれらのプラットフォームに含まれ、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集積できます。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、当面はウェハまたはチップレベルでのボンディング技術によって電子デバイスを集積するのが最も合理的であるというコンセンサスが、この分野で広まりつつあります。

電子デバイスを用いて演算を行い、光通信を実行できるチップを製造できることには、明らかな価値がある。シリコンフォトニクスの初期の応用例のほとんどは、デジタルデータ通信であった。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する。電子は、2つの粒子が同時に同じ場所に存在できないため、演算に適している。つまり、電子と光子は互いに強く相互作用する。したがって、電子を用いて大規模な非線形スイッチングデバイス、すなわちトランジスタを構築することが可能となる。

光子には様々な性質があります。多くの光子が同時に同じ場所に存在でき、非常に特殊な条件下では互いに干渉しません。そのため、1本の光ファイバーを通して毎秒数兆ビットものデータを伝送することが可能なのです。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ものではありません。

世界の多くの地域では、FTTH（光ファイバーによる家庭への接続）が主要なアクセス方式となっていますが、DSLなどの他の技術と競合する米国では、必ずしもそうとは言えません。帯域幅に対する需要が絶えず高まるにつれ、光ファイバーによるデータの伝送効率をさらに高め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は、距離が短くなるにつれて、各セグメントの価格が劇的に低下し、量が増加するというものです。当然のことながら、シリコンフォトニクスの商用化の取り組みは、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、大量かつ短距離のアプリケーションに多くの労力を集中させてきました。将来のアプリケーションには、ボード間、USBスケールの短距離接続、そしておそらく最終的にはCPUコア間通信も含まれますが、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。シリコンフォトニクスはまだCMOS産業の規模には達していませんが、重要な産業になりつつあります。