AIデータセンターの省電力化へ、NTTなどが光チップレットの生産性10倍以上を目指す

この半導体ニュースのまとめ

・NTTなど5社が光チップレットを搭載する半導体デバイスの量産技術開発を本格化
・光半導体から検査、光接続、パッケージ実装までを一貫して行うパイロットラインを構築
・研究開発時点比で生産性10倍以上を目指し、国内サプライチェーンを強化

NTT、NTTイノベーティブデバイス、ジャパンセミコンダクター、古河電気工業、新光電気工業は10月20日、次世代AIコンピューティングを支える光電融合デバイスの量産技術開発を本格化すると発表した。

NTTイノベーティブデバイスを代表提案者とする4社の共同提案が、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業/先端半導体製造技術の開発」のうち、「光チップレット実装技術による半導体デバイスの製造技術開発」に採択されたことを受けたもの。NTTはアドバイザとして参画する。

同プロジェクトでは、実工場への導入を想定したパイロットラインを構築し、光チップレットを搭載する半導体デバイスの生産性を、研究開発時点と比べて10倍以上へ高めることを目指す。

AIチップ間の通信を電気から光へ

生成AIの普及に伴い、AIデータセンターやハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)では、GPUやCPUなどの演算チップ間でやり取りするデータ量が増加している。

電気信号によるデータ伝送は、通信容量や伝送距離が増えるにつれて消費電力や発熱も増大する。このため、AIチップ自体の電力効率だけでなく、チップ間やサーバ内でのデータ伝送に必要な電力を抑えることも課題となっている。

光チップレットは、光半導体デバイスを含む光集積回路(PIC)と電子集積回路(EIC)を高密度に実装した光電融合デバイスである。

CPUやGPUなどの演算チップ間におけるデータ伝送を電気信号から光信号へ置き換えることで、大容量化と低消費電力化を両立する。AIサーバやデータセンターにおける次世代インターコネクト技術として、早期の量産化が求められている。

研究開発から量産技術の確立へ

NTTなどは2023年度から、NEDO事業を通じて半導体パッケージ間や半導体チップ間を光で接続する光チップレット実装技術を開発してきた。

今回のプロジェクトでは、個別技術の研究開発から、光電融合デバイスを安定して製造するための量産技術開発へ段階を進める。

光チップレットの量産には、シリコンフォトニクスや化合物光半導体の製造に加え、異種材料の集積、光ファイバとの接続、電子回路との高密度実装、工程内検査などを一連の製造工程として構築する必要がある。

各社が持つ技術を組み合わせ、光デバイスの製造から検査、光接続、半導体パッケージへの実装までを一貫して行うパイロットラインを構築。生産性、品質、歩留まりなどを評価し、実工場への展開につなげる。

4社で製造から実装・検査までを分担

NTTイノベーティブデバイスは代表提案者として、光チップレットの量産に必要となる製造、検査、実装技術を開発する。

ジャパンセミコンダクターは、光チップレット向けの異種材料集積に適したシリコンフォトニクスの量産技術を担当する。光を伝える導波路や変調器、受光器などを半導体製造技術によってシリコン基板上へ集積し、安定して供給できる製造プロセスを構築する。

古河電気工業は、レーザーなどに用いる光チップレット向け化合物光半導体の量産技術を開発する。光通信部品や化合物半導体で培った技術を生かし、性能と信頼性を確保しながら生産規模を拡大する。

新光電気工業は、光集積回路と電子集積回路を高密度に組み合わせる実装技術と、工程内検査を含む量産プロセスを担当する。製造途中で接続状態や性能を検査し、不良を早期に検出できる仕組みも構築する。

NTTが国内サプライチェーンの形成を推進

NTTはアドバイザとして、企業間連携と光電融合デバイスのサプライチェーン形成を推進する。

光チップレットの量産には、光半導体、シリコンフォトニクス、光接続、電子回路、パッケージ、検査、製造装置、材料など、幅広い分野の企業や研究機関が関わる。

各社が個別に開発してきた技術を共通の製造工程へつなぎ、国内で光チップレットを安定して生産できる体制を整えることで、市場の本格的な立ち上がりへ対応する。

NTTは、関連する企業や研究機関の参画も促し、国際競争力を持つ国内サプライチェーンの形成につなげる考えだ。

IOWNの光電融合技術を量産段階へ

NTTグループは、次世代情報通信基盤「IOWN」の中核技術として、電気による通信や接続を光へ置き換える光電融合技術の開発を進めている。

光接続の適用範囲を、データセンター間やサーバ間から、サーバ内のボード間、半導体パッケージ間、将来のダイ間へ段階的に広げる構想を描く。

演算チップの近くまで光接続を導入するには、小型で高密度な光電融合デバイスを大量かつ安定して製造する必要がある。今回のプロジェクトは、研究段階にある光チップレット技術を量産工程へ移し、次世代AIコンピューティングで利用できる製造基盤を構築する取り組みとなる。

NTTなど5社は、研究開発時点比で10倍以上の生産性を実現する量産技術を確立し、光電融合デバイスの早期実用化と国内製造基盤の強化を目指す。

生成AIの普及でデータセンターの消費電力が増大する中、光チップレットの製造から検査、光接続、パッケージ実装までを国内で一貫して行える体制を整え、AIコンピューティング基盤の高速化と低消費電力化につなげるとしている。