超高速・超大容量情報処理を実現する光電子集積三次元LSIの研究

实现超高速、超大容量信息处理的光电集成3D LSI研究

基本信息

批准号：
12J07020
负责人：
乗木暁博
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では光デバイスと電子デバイスが集積されたLarge Scale Integrated circuits (LSI)を積層し、光電子集積三次元LSIを実現することで、需要が伸び続けるスーパーコンピュータやデータセンター用サーバーを高性能化、低電力化することを目的としている。このためには、電気-光信号変換デバイスである光変調器の小型・低消費電力化が必要である。そこで今年度は、光変調器を小型・低消費電力化する技術として研究代表者が提案したNRR光変調器(Nonreciprocal Resonator based optical modulator)の研究を行った。現在、マイクロリング光変調器が超小型・低消費電力光変調器として注目されている。しかし、従来のマイクロリング光変調器は共振波長変調型のデバイスであるため、厳密な共振波長制御が必要となり実用化が困難であった。これに対しNRR光変調器は、世界初の光強度変調型のマイクロリング光変調器である。このため、小型・低消費電力という特性を持つと同時に共振波長制御が必要ないという特長も持ち、実用的なマイクロリング光変調器として非常に有望である。今年度はNRR光変調器の設計指針を作成するとともに最適化を行った。その結果、当該デバイスの有用かつ汎用的な設計指針を示せたとともに、直径5μm程度の小型光変調器で消光比10dB程度を達成できることがわかった。また、消費電力を算出した結果、35.9fJ/bitと非常に低電力な光変調を実現できることもわかった。これらの値は既存の小型・低消費電力マイクロリング光変調器と同等である。このように、NRR光変調器は実用的であるとともに十分に小型・低消費電力化することが可能であることを定量的に明らかにできた。NRR光変調器は、高性能かつ低電力なスーパーコンピュータ、データセンター用サーバーを実現するキーデバイスとなりえる。

在这项研究中，我们将通过堆叠集成了光学器件和电子器件的大规模集成电路（LSI），实现光电集成3D LSI，以提高需求不断增长的超级计算机和数据中心服务器的性能。是为了降低功耗。为此，需要使作为电光信号转换器件的光调制器变得更小并且具有更低的功耗。因此，今年，我们对主要研究者提出的NRR光调制器（基于非互易谐振器的光调制器）进行了研究，作为使光调制器更小、功耗更低的技术。微环光调制器作为超小型、低功耗的光调制器目前备受关注。然而，由于传统的微环光调制器是谐振波长调制型器件，因此需要严格的谐振波长控制，使得其难以投入实际使用。相比之下，NRR光调制器是世界上第一个光强度调制型微环光调制器。因此，它具有体积小、功耗低的特点，并且不需要谐振波长控制，使其作为实用的微环光调制器非常有前途。今年，我们制定了 NRR 光调制器的设计指南并进行了优化。因此，我们能够为该器件提供有用且通用的设计指南，并且还发现使用直径约为 5 μm 的小型光调制器可以实现约 10 dB 的消光比。此外，计算功耗的结果发现，可以以35.9fJ/bit实现极低功率的光调制。这些值相当于现有的紧凑型低功率微环光调制器。通过这种方式，我们能够定量地证明NRR光调制器是实用的，并且可以做得足够紧凑且功耗低。 NRR光调制器可以成为实现高性能、低功耗超级计算机和数据中心服务器的关键器件。