100G/400G光モジュールのシリコンフォトニクス技術とレーザー光源

QSFP28 100G光モジュールレーザーおよびシリコンフォトニクス

100G QSFP28モジュールの代表的なレーザーにはVCSEL、DML、EMLという三つのレーザータイプがあります。VCSEL、DML、EML、それぞれの違いは以下の図表のように示しています。

100G-PSM4 QSFP28光モジュールに関しては、Intelがシリコンフォトニクステクノロジーを活用した100 Gbps PSM4光モジュールの大量出荷を実現したため、チップテクノロジーに新たなブレークスルーがあります。さらに、競争力のあるコスト優位性により、光モジュールはPSM4製品の市場シェアの80％を占めています。

100G光モジュール業界におけるシリコンフォトニクスのメリットと課題

光集積商用製品の技術ルートは、主にInPとSiに分かれています。DFB、DML、EMLなどのレーザーは、InPに属します。技術的に成熟していますが、コストが高く、CMOSプロセスと互換性がなく、その基板材料は2.6年ごとに2倍になりました。シリコンフォトニックデバイスは、受動光電子デバイスと集積回路を使用して、CMOSプロセスにより大規模に統合できます。高密度が特徴で、基材は毎年2倍になります。

現在、 100G光モジュール は、Intelシリコンフォトニクスモジュールの登場により、シリコンフォトニクスの明るい未来を見ていますが、開発においていくつかの課題に直面しました。

フォトニクスとシリコンベースのマイクロエレクトロニクスを統合するアプローチを実現する必要があります。シリコンは間接遷移半導体で、効率的に発光デバイスになれないため、独立した発光デバイスが必要ですが、これはムーアの法則に準拠していません。統合が多いほど、コストが高くなり、最終的にシリコン材料とプロセス統合のコスト上のメリットを相殺します。

さらに、シリコンフォトニクスモジュールはパッケージングが難しく、歩留まりが低くなります。シリコンフォトニックインターフェースのパッケージングは初期段階にあり、オプトエレクトロニクスチップと光ファイバアレイによって形成される光学インターフェースのパッケージングに難問があり、高精度が必要ですが、効率が低くなっています。現在の技術では、高品質で低コストのパッケージングを実現することは困難です。さらに悪いことに、製品の歩留まりは、シリコンフォトニクスモジュールの大量生産を妨げます。

シリコンフォトニクスは400Gデータセンターモジュールを支配しますか？

シリコンフォトニクスは、長期的には100G光モジュール業界の魅力的なトレンドで、400G光モジュール市場に参入する可能性があります。

高速400Gネットワークの需要に直面して、提案されたマルチチャネルコヒーレントテクノロジーはレーザーチップの要件を下げますが、全体的なコストは高くなります。ただし、シングルチャネルテクノロジーには、チップに対する要求がはるかに高くなっています。100G光モジュールの場合、従来のレーザーは帯域幅の限界に近く、使用可能な唯一のEMLレーザーは比較的コストが高くなります。これを考えると、上記のパズルに対処できれば、シリコンフォトニクスが400G時代の主流になる可能性があります。