光による超高速データ通信に向けた刷新的なプラズモニックチップ

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 (A completely new plasmonic chip for ultrafast data transmission using light)

2020/7/3 スイス連邦工科大学チューリッヒ校(ETH)(チューリッヒ工科大学)

・ ETHが、光ファイバーネットワークのデータ送信速度を向上させる、超高速プラズモニックチップを開発。
・ EU の Horizon 2020 研究プロジェクトの一環として、ドイツ、米国、イスラエルおよびギリシャと共同で開発された同チップ技術は、信号の品質を損なわずに高速電気信号を超高速光信号に直接変換する。光通信インフラの効率性における重要なブレイクスルーと考える。
・ 光ファイバーネットワークは、高速インターネット、テレビ、ビデオやオーディオのストリーミング配信で既に利用されているが、オンラインサービス需要の増加や AI、5G ネットワークの到来に伴い、2020年代の終わりにはデータ通信速度への対応能力が限界に達すると予測される。
・ 現在のデータ通信速度はギガバイト(109bps)領域にあり、レーン・波長あたり 100Gb/s 程度が限界。テラバイト(1012 bps)領域の達成が必須。
・ このようなパラダイムシフトへの対応の鍵は、単一チップ上での電子と光の両要素の搭載。現在では、それぞれ電子・光用に製造した各チップをワイヤで接続しているが、製造にコストがかり、電気信号から光信号への変換で信号品質を多大に損失する上、光によるデータ送信速度が制限される。今回初めて単一チップにそれらを統合した。
・ 新超高速チップでは、一般的な CMOS 技術との組み合わせにはサイズが大きすぎるフォトニックチップをプラズモニックチップで代替。電気信号を光波に変換して光を発生させるモジュレーターのサイズを縮小し、同一基板上に電子と光のコンポーネントを重ねて配置。オンチップビアで直接チップに接続することで小型化した。このようなモノリシックな小型の構成が通信経路を短縮し、信号品質の損失を低減する。
・ さらに、同モノリシックチップの電子コンポーネントでは、「4:1 multiplexing」プロセスにより複数の低速信号が束ねられて高速電気信号に増幅され、高速光信号に変換される。これにより、モノリシックチップで 100Gb/s 超のデータ送信が初めて可能に。また、より高速な BiCMOS 技術や、温度安定性の電気光学新材料(ワシントン大学提供)も本技術の実現に貢献した。
URL: https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/07/new-plasmonic-chip-forultrafast-data-transmission-using-light.html

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature Electronics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
A monolithic bipolar CMOS electronic–plasmonic high-speed transmitter
URL: https://www.nature.com/articles/s41928-020-0417-9

Nature Research Device & Materials Engineering
Behind the Paper
A monolithic bipolar CMOS electronic plasmonic high-speed transmitter
URL: https://devicematerialscommunity.nature.com/posts/a-monolithic-bipolar-cmos-electronicplasmonic-high-speed-transmitter

Nature Electronics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
CMOS and plasmonics get close
URL: https://www.nature.com/articles/s41928-020-0426-8

A completely new plasmonic chip for ultrafast data transmission using light

03.07.2020 | News By:  Florian Meyer

ETH researchers have built an ultrafast chip that can speed up data transmission in fibre optic networks. The chip combines several innovations at the same time and, given the growing demand for streaming and online services, represents a significant development.

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