IOWN光電融合技術の核となるデバイスの開発

NTTエレクトロニクスは電子デバイス技術と光デバイス技術を融合したプロダクトを市場へ提供し、IOWNが目指すオールフォトニクスネットワーク構想を推進します。

NTTエレクトロニクス株式会社

取締役　IOWN推進担当　窪薗 竜二

IOWNを支える光電融合技術

NTTが提唱するIOWNの構成要素であるオールフォトニクスネットワークは、光ファイバから伝送装置・半導体、さらにはネットワーク端末までに「フォトニックベースの技術」を積極的に導入し、革新的ネットワークを実現することを目標としています。

これまで、FTTHに代表されるアクセスネットワークや長距離・大容量通信を担うコアネットワークにおいては、多くのNTT研究所の技術が導入されてきました。デバイス技術はLSIに代表される電子デバイス、FTTHの光分岐カプラに代表される光デバイスに大別されます。IOWNでは、電子デバイスと光デバイスが融合する新しい光電融合デバイスの実現を目指し、図１に示す技術ロードマップを策定しています（図１）。

NTTエレクトロニクス（NEL）は、研究所の先端デバイス技術を活かしたハードウェア製品を開発し、世界中の通信機器メーカ様に提供することを通じて、NTTネットワークの進展に貢献してきました。IOWNにおける光電融合技術による最初のデバイスは、NELが製品化してきたデジタルコヒーレント用のLSIおよびシリコンフォトニクス技術によるCOSA（Coherent Optical Sub Assembly）を核とし、研究所とともに製品化を目指します。

デジタルコヒーレントLSI　「ExaSPEED」

従来の光通信システムは、デジタル信号の「1」、「0」を光の「ON」、「OFF」の強度に変換して情報を伝送していましたが、100Gbpsを超える高速通信では光ファイバ中を伝搬する際に信号が大きく歪んでしまうため、長距離伝送が難しいという課題がありました。この問題を解決するため、従来は無線通信の分野で実用化されていた技術を光通信の分野に応用し、デジタル信号を位相情報に変換して送信し、光ファイバ中で受ける信号歪みを受信側のデジタル信号処理によって補償するデジタルコヒーレント光通信が実用化されました。半導体プロセスの微細化に支えられ、信号歪みを補償する膨大な規模の回路をひとつのLSIとして実現可能になったためです。

NELでは、NTT研究所及び国内パートナー各社との研究開発成果を基に、2010年に世界に先駆け100Gbps用デジタルコヒーレント用のLSIである「ExaSPEED」を商品化しました。当初は1波長当たり最大100Gbpsの通信レートをサポートしておりましたが、今日では1波長当たり最大600Gbpsの大容量通信が実現できるものが製品化されています。さらに大容量通信をサポートするLSIについても検討が始まっています。また、その適応領域も拡大しており、従来はテレコムの数百kmから数千kmの長距離伝送向け専用通信装置が主な適用先でしたが、近年ではデータセンタ間の短距離伝送用途向けや、モバイルネットワークの基幹網に利用されはじめています。

シリコンフォトニクス「COSA」

シリコンフォトニクスとは，LSIによって培われてきたCMOSの微細加工技術を用い、光デバイスを実現する技術です。LSIのベースとなるシリコンウェハーは、光学的な特性として、通信波長帯（1.5μm帯）において透明です。このことを利用すると、光ファイバ同様に光信号を通す光導波路が形成でき、これを用いた光デバイスを作ることができます。この光デバイスをCMOSの製造技術を活用して実現できるのが、シリコンフォトニクス技術です。

COSAとは、Coherent Optical Sub Assemblyの略称です。デジタルコヒーレントLSIを用いた光トランシーバへの適用を想定し、シリコンフォトニクス技術によって実現した超小型の光デバイスです。通信ネットワークを支える伝送装置やデータセンタ内のサーバに実装される光トランシーバは、通信容量の増大に伴って高速化が求められるだけでなく、サイズ（光トランシーバの規格：QSFP-DD、OSFPなど）が小さく、消費電力が少ないことが必要です。従来の技術では光トランシーバの機能ごとに個々の光デバイスを用いていたため、小型化が困難でした。COSAは、図2に示すように光トランシーバに必要な光デバイスの機能である、光信号を送信する光変調器と光信号を受信するコヒーレント受信器をシリコンフォトニクス技術によって1チップ上に集積しているため、小型化を実現できます。NELでは、1波長で100Gb/s伝送へ適用するCOSAを製品化しており、現在は1波長で400Gb/s に対応するCOSAを開発中です。

光電融合技術の実現に向けて

これまで光通信システムは、トラヒックが集まる長距離・大容量のコアネットワークに使われてきました。今後は、５Gの普及に伴い、ネットワークのエッジ側でも光通信システムの利用が進むことが想定されます。また、膨大なデータを扱うデータセンタ内外でも大容量の光通信システムが利用され始めており、大容量通信を可能にするデジタルコヒーレント光トランシーバは、更なる高速化と小型化・低消費電力化が求められています。NELでは、これまで実用化してきたデジタルコヒーレントLSI技術、シリコンフォトニクス技術を活かし、電子デバイスと光デバイスの機能がより一体化して集積された光電融合デバイスの実現を目指し、IOWN構想が掲げるオールフォトニクスネットワークに貢献していきたいと考えております。

連絡先

IOWN推進室　ml-nel-rdsalest@ntt-el.com