インテルが初の400GbEシリコンフォトニクストランシーバーをデモ、設計概要を発表

クレジット: Tom's Hardware — （画像提供：Tom's Hardware）

インテルは先日開催されたInterconnect Dayイベントにおいて、400Gシリコンフォトニクス・トランシーバーの初デモを公開しました。この新しいシリコンフォトニクス・トランシーバーは、集積回路と半導体レーザーを組み合わせることで、従来の銅線ネットワークケーブルよりも長距離にわたり、イーサネット、InfiniBand、OmniPathプロトコルによる驚異的な高速データ転送を実現します。

現代のデータセンターは、サッカー場数面分の長さに及ぶ複雑なネットワークの多層構造で構成されているため、高帯域幅、低遅延、長距離伝送はすべてネットワークソリューションの重要な要件となっています。

従来の銅線ネットワークケーブルは、今日の最高速ネットワーク速度によって限界まで引き伸ばされており、性能が向上するにつれて伝送距離が短くなり、長距離伝送が困難になっています。また、電力要件の増加によりケーブル内のシールドが厚くなり、これもまた新たな課題を生み出しています。

データ伝送にレーザーを使用する主な利点は、密度と伝送距離です。フォトニクス技術は、光ストリームを互いに近接して伝送することを可能にするため、ケーブル密度を高めます。インテルは、もう一つの重要な利点として、銅線と比較して1Gbpsあたりの電力消費量が3分の1程度に抑えられるという省電力性も強調しています。

これらの小型デバイスは驚くほど複雑で、400Gトランシーバー内にはそれぞれ100Gb/sで動作するレーザーが4つ搭載されているが、Intelは20年近くシリコンフォトニクス技術の開発に取り組んでおり、大量生産に利点をもたらすと主張するいくつかの重要な新しい製造およびテスト技術を発明した。

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インテルは、標準的なCMOSプロセスを用いて、24nmノードの300mmウエハ上にシリコンフォトニクストランシーバーを製造しています。まず、フォトリソグラフィー技術を用いて導波路、変調器、多重化器、その他の制御回路をウエハ上に形成し、次にハイブリッドリン酸インジウムレーザーをダイ上に接合します。レーザーはシリコンに光を照射し、光は導波路を通過し、光フィルターやスプリッター／コンバイナーなどの様々な受動素子によって制御され、データフローを制御します。

シングルチップ方式は、競合デバイスと比較して、消費電力と信頼性の面で優位性をもたらします。競合デバイスは40個の個別部品で構成され、多くの場合、手作業で組み立て・テストされ、気密封止が必要です。一方、Intelの完成型トランシーバーは、4個の部品を自動化された方法で組み立て・テストしており、気密封止は不要です。これにより、最終的には製造コストが削減されます。

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ここでは、Intel初の400Gシリコンフォトニクストランシーバーと、複数の100Gトランシーバーが並んでいます。これらのトランシーバーはQFSP28フォームファクターに準拠しており、伝送距離に基づいて異なるカテゴリに分類されています。ライトグリーンのトランシーバーは500メートル、ダークグリーンのモデルは最大2キロメートルまでデータを送信できます。紫色のトランシーバーは、データセンター間の通信用に伝送距離を10キロメートルまで拡張します。400Gトランシーバーは500メートルまでデータを送信でき、今後さらに多くのモデルが展開される予定です。

Intelの予測によると、データセンターは現在、ネットワーク予算の60%を光ソリューションに費やしており、今後数年間でその割合は増加する見込みです。1つのハイパースケールデータセンターには最大150万個のトランシーバーが必要になることもあり、参考までにFacebook社だけでも15のデータセンターを運営しており、さらに建設を続けています。

これはIntelにとって大きな収益機会となります。特に、業界が1.6Tbリンクから25.6Tbpsスイッチへと移行しつつある中で、より高速な伝送速度に対応するためには中央スイッチASICとの近接性が求められるためです。つまり、一般的な銅線ネットワークケーブルでは、密度と電力の要件を満たすことができなくなります。その代わりに、トランシーバーはスイッチ本体と一体化され、シリコンフォトニクストランシーバーの巨大な独占市場を生み出す可能性があります。Intelはすでにこの技術の次期バージョンの開発を着実に進めており、2020年前半にはデモの実施を計画しています。