シリコンフォトニクスと先進パッケージの統合が描く未来：福田昭のデバイス通信（516） TSMCが解説する最新のパッケージング技術（13）（2/2 ページ）

「IEDM 2025」におけるTSMCの講演内容を紹介するシリーズ。今回からは、次世代の先進パッケージ技術に関する内容を解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

先進パッケージの内部にシリコンフォトニクスを埋め込む

　PICとEIC、光ファイバ結合器で構成したモジュールをTSMCは「OE（Optical Engine）」と呼んでいる。OEの実装形態はいくつか存在する。最も簡素なのは、ボード（プリント回路基板）にOEを搭載することだ。これだけで銅ケーブル（Cu wire cable）接続に比べ、1ビット当たりの転送に必要なエネルギーを約3分の1（10pJ/ビット）に減らせる。

　パッケージ基板に高速スイッチICと複数のOEを混載したのが、進化形態である。1ビット当たりの転送エネルギーは5pJ/ビットと進化前の半分に減り、遅延時間（レイテンシ）は進化前の10分の1と大幅に短くなる。

COUPE（クーペ）をベースとした光エンジン（OE）の実装形態と転送エネルギー、遅延時間（レイテンシ）の比較。左端は光エンジンを使わない、従来の銅線接続［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）

　さらに進化させた形態では、先進パッケージ技術の中間基板（インターポーザ）にOEを混載する。大規模プロセッサ（XPU）とOEをインターポーザ経由で接続することにより、転送エネルギーと遅延時間（レイテンシ）がさらに減る、あるいは短くなる。ビット当たりの転送エネルギーは2pJ/ビット、レイテンシは進化前（ボードにOEを搭載）の20分の1になるとする。

光変調の高速化、コパッケージ化、FAU増強

　光エンジン（OE）技術、パッケージング技術、FAU技術の改良により、シリコンフォトニクスが扱う帯域幅は世代ごとに倍増してきた。具体的には100Gビット/秒の世代、次が200Gビット/秒の世代、その次が400Gビット/秒の世代へと進化した。この進化に直接関わるのは光エンジン技術、具体的には光変調技術の高速化と波長分割による多チャネル化だ。

　光変調器にはマッハツェンダー変調器（MZM：Mach-Zender Modulator）やマイクロリング変調器（MRM：Micro Ring Resonator Modulator）などが使われる。波長分割による多チャンネル化には、波長分割多重（WDM：Wavelength Division Multiplexing）方式が使われる。WDMには波長間隔の広い粗密度WDM（CWDM：Coarse WDM）と波長間隔の狭い高密度WDM）（DWDM：Dense WDM）がある。

シリコンフォトニクス技術のロードマップ。縦軸は要素技術（光エンジン（OE）、パッケージング、FAUのファイバ数）とデータ転送速度（矢印のイメージ）、横軸は時間［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）

　パッケージング技術とFAU技術は、光変調技術の高速化に応じて改良される。パッケージング技術の改良については既に述べた。FAU技術ではユニットのファイバ数を8から16、32、64と倍増させることで帯域幅を高める。

（次回に続く）

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