光モジュールを1.4倍高密度化へ 新方式の受信回路：富士通がISSCCで発表

富士通研究所とトロント大学は2017年2月6日、データセンター内のサーバとスイッチ間通信で用いられるイーサネット向け光モジュールにおいて、従来構成の55％の電力で動作するリファレンスレス受信回路を開発した。半導体技術の国際会議「ISSCC 2017」で詳細を発表する。

[庄司智昭，EE Times Japan]

従来構成の55％の電力で動作

富士通研究所の柴崎崇之氏

　富士通研究所とトロント大学は2017年2月6日、データセンター内のサーバとスイッチ間通信で用いるイーサネット向け光モジュールにおいて、従来構成の55％の電力で動作するリファレンスレス受信回路を開発したと発表した。

　ビッグデータ解析やクラウドの普及に伴い、サーバや各スイッチ間に高い伝送能力が求められている。伝送能力の向上には、光ファイバー1本当たりの高速化や、光モジュールを小型化して高密度に実装することが必要だ。

　富士通研究所が今回着目したのは、データ転送における受信回路である。受信回路では、回路内に持つ水晶発振器のクロックタイミングに応じてデータ受信を行うが、送信側と受信回路側のクロックタイミングに周期のズレが起こるとエラーが発生してしまう。そのため、受信回路はズレを補正し、正しく「1」「0」判定する役割も持つ。

　データを読み取る周期を補正するには、これまでリファレンスレス受信回路が検討されてきた。水晶発振器を使わずに送信された信号を復元できるため、光モジュールの小型化に効果的な回路方式とされるためだ。

従来のタイミング検出方法 （クリックで拡大） 出典：富士通

　しかし、水晶発振器を使わずに補正するには、1ビットのデータに対し「1」「0」の判定を4回行わなければならず、回路の高速動作が不可欠だ。富士通研究所の柴崎崇之氏は「動作を高速化すると、消費電力が増大するだけでなく、発熱の問題も生じ、高密度実装も困難になった」と語る。柴崎氏によると、補正を行うためのタイミング調整回路やクロック部分で消費する電力量は、従来構成のリファレンスレス受信回路場合、回路全体消費電力量の55％を占めていたという。

振幅情報からズレを検出

　富士通研究所は、入力信号の振幅情報から読み取り周期のズレを検出する新しい方式により、リファレンスレス受信回路の消費電力を削減する技術を開発した。具体的には、3つのレベルで同時に「1」「0」判定を行うことで、入力信号の変化点を検出する。この変化点がどのように変化するか調べることで、タイミングのズレを検出可能とした。

　これにより従来構成と比較して、タイミング回路を4分の1に削減。従来構成のリファレンスレス受信回路より消費電力を45％、光モジュールでみると消費電力30％削減に成功したとする。柴崎崇は「従来比1.4倍の高密度化が期待でき、伝送能力の向上に貢献する」と語る。

新しいタイミング検出方法の詳細 （クリックで拡大） 出典：富士通

今回発表したリファレンスレス受信回路の構成 （クリックで拡大） 出典：富士通

　富士通研究所は、今回開発した技術について「光モジュールとして、2019年度の実用化を目指す」という。なお、2017年2月5〜9日に米国サンフランシスコで開催されている、半導体技術の国際会議「ISSCC 2017」において、同技術の詳細が発表される。