ネットワークの大規模化と高速化が電気から光への転換を促す：福田昭のデバイス通信（513） TSMCが解説する最新のパッケージング技術（10）（1/2 ページ）
「IEDM 2025」におけるTSMCの講演内容を紹介するシリーズ。今回は、「（4）Energy efficient of scale-up networking（ネットワークの大規模化おける消費エネルギー（転送データ当たり）の効率）」を取り上げる。
転送データ当たりのエネルギー効率が低下
2025年12月に開催された国際学会IEDMのショートコース（技術解説）で、シリコンファウンドリー最大手のTSMCが最新のパッケージング技術を説明した。講演のタイトルは「Advanced Packaging and Chiplet Technologies for AI and HPC Applications（AIおよびHPCに向けた先端パッケージング技術と先端チップレット技術）」、講演者はAdvanced Package Integration Division R&DのディレクターをつとめるJames Chen氏である。大変に参考となる内容だったので、その一部をシリーズでご紹介している。ただし講演内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演内容を筆者が適宜、補足してある。あらかじめご了承されたい。
講演「Advanced Packaging and Chiplet Technologies for AI and HPC Applications（AIおよびHPCに向けた先端パッケージング技術と先端チップレット技術）」のアウトライン［クリックで拡大］ 出所：TSMC（IEDM 2025のショートコース（番号SC1-5）で公表された講演スライドから）
タイトルスライドの次に示されたアウトラインは、「AI and HPC Market Outlook（AIとHPCの市場を展望）」「Advanced Package Technology Evolutions（先進パッケージ技術の進化）」「System-Technology Co-Optimization (STCO)（システムと製造の協調最適化）」「Emerging Advanced package technology（次世代の先進パッケージ技術）」「Summary（まとめ）」となっていた。
本シリーズの第5回からは、アウトラインの第3項「System-Technology Co-Optimization (STCO)（システム・製造協調最適化）」に相当する部分の説明に入った。先進パッケージ「CoWoS-L（LSI+RDL interposer）」を例に、STCOで考慮すべき5つの項目を順に説明している。
前々回と前回は3番目の項目「（3）Thermal dissipation design（消費電力および放熱の設計）」を前後編で概説した。今回は4番目の項目「（4）Energy efficient of scale-up networking（ネットワークの大規模化おける消費エネルギー（転送データ当たり）の効率）」をご紹介する。
STCO（システムと製造の協調最適化）で考慮すべき事柄。先進パッケージ「CoWoS-L（LSI+RDL interposer）」の例［クリックで拡大］ 出所：TSMC（IEDM 2025のショートコース（番号SC1-5）で公表された講演スライドから）
転送周波数の向上が銅線の伝送損失を急激に高める
銅配線や銅ケーブルなどの金属による信号接続は、距離と周波数によってビット当たりの転送エネルギーが大きく左右される。400Gbps（Gビット/秒）/レーンを前提に消費エネルギーを考えよう。
先進パッケージ「CoWoS-L」の内部では転送距離が0.2mm程度と短い。ビット当たりの転送エネルギーは0.3pJ（ピコジュール）にとどまる。パッケージ基板になると転送距離が30mm（3cm）前後と150倍に延びる。消費エネルギーは1.5pJに増加する。プリント回路基板（PCB）になると転送距離は30cmとさらに延び、消費エネルギーは6.0pJとさらに増える。
そしてプリント回路基板間を接続する銅ケーブルになると、転送距離は1m前後となり、消費エネルギーは30pJ以上とかなりの大きさになる。銅ケーブル信号チャンネルの伝送損失は120GHzで約−50dBに達する。
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