トップの半導体企業は、シリコンフォトニクスに積極的に取り組んでおり、モーアの法則に遅れを取らないようにこの重要な戦いに取り組んでいます。年次半導体イベントであるSemicon Taiwan 2023では、企業が集まり、シリコンフォトニクスがAIアプリケーションを向上させ、この技術がどのように進化しているかについての洞察を共有しました。

Semicon Taiwan 2023が幕を閉じると、世界の半導体産業は共に息を吐き出しました。Semicon Taiwan 2023は、過去の記録を打ち破り、驚異的な参加者数と展示数を誇りました。イベントには、10か国から950以上の主要企業が集まり、最先端の技術が詰まった3000以上のブースがあり、この展示会は台湾最大の年次半導体イベントとして確固たる地位を築きました。

パネルや共有の中で、シリコンフォトニクスは最も注目されるトピックの一つであり、またグランドイベントのオープニングテーマでもありました。トップの半導体企業は、シリコンフォトニクス技術についての見解と進捗状況を共有し、その重要性を強調しました。

TSMCはモーアの法則に遅れを取らないために、シリコンフォトニクスが重要な役割を果たしていると述べています

これは半導体産業にとって新しい用語ではありません。インテルが2015年頃に提唱したシリコンフォトニクスとは、光学システムにおいてシリコンを特殊な材料として使用することを指します。シリコンは光と特に赤外線範囲で動作する小さな部品に細かく形成され、光ファイバ通信で広く使用されています。光学と電子の統合は、データ転送の速度を向上させ、モーアの法則に遅れを取らないための取り組みに貢献するという約束を持っています。

「AIアプリケーションを加速するために、シリコンフォトニクスは半導体産業において鍵となる存在です」と台湾半導体製造(TSMC)のエグゼクティブチェアマンであるMark Liu氏は述べています。高性能コンピューティングの領域では、多数のチップが大規模なAIモデルを実行しており、有線通信チャネルの速度が計算速度のボトルネックとなっています。現在、光インターコネクトは既にデータセンターラック内のサーバーを接続するために使用されています。光インターフェースはグラフィックスプロセッシングユニット(GPU)や中央処理ユニット(CPU)と組み合わされ、エネルギー効率の高い帯域拡張通信を提供することを約束しています。その結果、数百のサーバーが共有のダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)によって統合され、単一の巨大なGPUに統一されることがあります。

Liu氏によれば、TSMCの現行技術であるCompact Universal Photonic Engine (COUPE)は、シリコンフォトニクスの開発において重要な役割を果たしています。COUPEは、光信号処理、通信、その他のフォトニクス関連のタスクにおいて、フォトニックコンポーネントを単一のコンパクトユニットに組み合わせたフォトニック処理システムです。System on Integrated Chip (SoIC)技術を活用して、COUPEはGPUやルータースイッチの隣に集積回路(IC)とフォトニック集積回路(PIC)をシームレスに統合しています。

AIアプリケーションの需要によって推進されるシリコンフォトニクス技術は、半導体産業の要となっています。現在、マイクロチップ間のデータ転送は主に通信に依存していますが、シリコンフォトニクスはそれをより高速かつ低エネルギー消費で解決することができます。COUPEの利点は、従来の電子回路が達成できない高精度かつ高速な複数の機能を実行できることにあります。

ASE、Cisco、Advantestなどの大手企業もシリコンフォトニクスの最新の進展について議論するために集まりました。「AIとエッジデバイス間のより速く、より良い通信をサポートするためには、フォトニック集積回路(PIC)が必要です」とASEのCEOであるTien Wu氏は述べています。フォトニック集積回路(PIC)または集積光学回路は、機能する回路を形成する2つ以上のフォトニックコンポーネントを含んだマイクロチップです。

「実際の光学的な課題は、テストのコストにあります」とAdvantestの執行役員であるDaisuke Watanabe氏は述べています。Advantestは、半導体の設計と製造に使用される自動テストおよび測定機器の世界的な製造業者です。フォトニックテストのコストは、平均販売価格(ASP)の10%以上を占めており、フォトニックデバイスの主要なコスト要因となっています。さらなる開発には、業界標準化、ファイバアラインメントの容易化のためのイノベーション、商業的に利用可能な光学自動テスト装置モジュールが必要です。

トップの半導体企業がシリコンフォトニクスに積極的に取り組んでおり、市場シェアを争っていることは疑いありません。Wu氏は、ASEが既にシリコンフォトニクス技術をCo-Packaged Optics (CPO)製品、人工知能、機械学習チップなどのさまざまな分野に統合していることを強調しました。さらに、3D光学技術とLidarアプリケーションの領域では、ASEはメタサーフェスレンズ（メタレンズ）とシリコンフォトニクスパッケージング技術を組み合わせた統合ソリューションの開発に積極的に取り組んでいます。

一方、TSMCはBroadcomやNVIDIAなどの主要なクライアントとの共同開発に取り組んでいると報じられています。この取り組みには、TSMCが200人以上の専門家からなる研究チームを投入する予定であり、来年の下半期には重要な受注を受ける見込みです。

シリコンフォトニクスの3つの波

2015年、インテルが次世代のチップのための新しいコンセプトとしてシリコンフォトニクスを提案しました。それ以来、より高速かつ効率的な通信技術を求める動機により、シリコンフォトニクスの3つの波が起こりました。シリコンフォトニクスは着実に進化を遂げており、データセンターのインターコネクトから高速通信、さらには自動車やモバイルデバイスのセンサーに至るまで、さまざまな応用があります。

Advanced Semiconductor Engineering (ASE)のCEOであるTien Wu氏は、シリコンフォトニクスがさまざまな技術の進歩において重要な役割を果たしていると強調し、シリコンフォトニクスの進化を牽引する3つの波について言及しました。

最初の波は、光トランシーバーを使用したネットワーキングに焦点を当て、30%の大幅な省電力を提供します。2番目の波では、シリコンフォトニクスが光I/Oとしてコンピューティングの領域に進出し、コンピュートチップと同じパッケージに光インターコネクトが統合されます。これにより、AIや機械学習などのアプリケーションが可能となり、50%の驚異的な省電力と同時に帯域幅が10%増加します。

3番目の波では、LIDARシステムやモバイルデバイスのセンサーに応用される光位相アレイ（OPA）を備えた3D光学が導入されます。この進化は、フォトニック集積回路（PIC）がAIシステムとメモリやエッジデバイス間のより高速かつ効率的な通信を実現する上での重要な役割を強調しています。さらに、Tien Wu氏は、フォトニックオリジナルデザインメーカー（ODM）とフォトニックオリジナル装置メーカー（OEM）を収容するための異なるエコシステムの必要性についても議論しました。新しい技術が次々と登場する中、次の波は間違いなくすぐそこにあります。