TSMC、Intel、IBM、Huawei、NTTのような大手技術プレーヤーはすべて、半導体業界の次のAI主導の大きな波をリードするために競争している。
Scott Foster
Asia Times
September 11, 2023
生成型人工知能（AI）を可能にする大規模な言語モデルは、シリコンベースの集積回路（IC）と光コンポーネントを組み合わせ、大量のデータをより効率的に処理・伝送する技術であるシリコンフォトニクス分野への投資の増加と競争の加速を促している。
エヌビディア、TSMC、インテル、IBM、シスコシステムズ、ファーウェイ、NTT、ベルギーに本部を置く大学間マイクロエレクトロニクス・センターのimecなど、IC、AIシステム、通信機器のトップクラスの設計者やメーカーがこぞって競争に参加している。
これらの組織やその他の組織は、シリコンフォトニクスに長年取り組んでおり、そのうちのいくつか（インテルとNTTを含む）は20年近く取り組んでいる。
9月5日、台湾で開催されたシリコンフォトニクス・グローバル・サミットで、TSMCのシステム統合のパスファインディングを担当するダグラス・ユー副社長は、日本経済新聞の取材に対し、「優れたシリコンフォトニクス統合システムを提供できれば......エネルギー効率とAIのコンピューティング・パワーという重要な問題の両方に対処できる。これは新しいパラダイムシフトになるでしょう。私たちは新しい時代の幕開けにいるのかもしれない。」と語った。
セミ（マイクロエレクトロニクス業界団体）は、このサミットへの招待状の中で、シリコンフォトニクスは高帯域幅、高速データ伝送、広範囲な伝送距離、低消費電力、高度なネットワーキング、コンピューティング・アーキテクチャ、クラウド・コンピューティング、データセンター、自律走行車、スマート交通システムへの応用可能性から、「半導体業界では著名なバズワードになっている」と指摘している。
言い換えれば、最先端を行くハイテク産業は、エネルギー消費を抑えながらデバイスとシステムの性能を向上させるシリコンフォトニクスの恩恵を受けることになる。
セミによると、「世界のシリコンフォトニクス市場は、2022年の評価額12億6000万ドルから年平均成長率（CAGR）25.7％で、2030年には78億6000万米ドルに達すると予測されている。」
約1年前の2022年9月、DigiTimesは、NVIDIAとTSMCが、Compact Universal Photonic Engineの略であるCOUPEと呼ばれる共同研究開発プロジェクトを立ち上げたと報じた。このプロジェクトの目標は、エヌビディアのシリコンフォトニック（SiPh）技術を使って複数のAIプロセッサー（GPU）を組み合わせることだ。
「SiPhチップとCMOSプロセスはCPO（Co-Packaged Optics）技術統合を経ており、複数の高度なGPUをCoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）2.5D ICパッケージングで接続できることがソースから明らかになった」とDigiTimesは書いている。
低遅延の光データ伝送と高度なパッケージング技術の組み合わせにより、信号損失が大幅に削減され、「超大容量GPUセット」の作成が可能になる、とDigiTimesは分析する。
この技術は「SiPhエコシステムが成熟するまで」準備が整わない可能性があり、シリコンフォトニクス・グローバル・サミットで台湾の半導体組立テスト（OSAT）大手企業ASEテクノロジーと日本のアドバンテストも目立っていた理由の一助となる。
シリコンフォトニクスのイベントに続いて開催されたセミコン台湾の見本市で、TSMCは報道陣に対し、エヌビディアにAIプロセッサーを供給する能力は、CoWoSパッケージング能力の不足によって来年末まで制約を受ける可能性が高いと述べた。それまでには能力は倍増するはずだ。
インテルはシリコンフォトニクスを「20世紀で最も重要な2つの発明、シリコン集積回路と半導体レーザーの組み合わせ」と定義している。「シリコンフォトニクスは、インテルの量産シリコン製造の効率性を活用しながら、従来の電子機器に比べてより長距離での高速データ転送を可能にする」と説明している。
インテルは、「光学のパワーとシリコンのスケーラビリティ」を組み合わせることで、「光トランシーバはイーサネットスイッチ、ルータ、トランスポートネットワーキング機器の光インタフェースであり、大規模なクラウドやエンタープライズデータセンターの接続性を提供する」と説明する。
SemiAnalysisのDylan Patel氏は、「Intelは世界最大の規模でシリコンフォトニクスを製造している。Intelの規模とソリューションの統合性が、競合他社よりも2桁も優れた...[故障率]で業界をリードしている」と述べている。
インテルは、マレーシアの新しい3Dパッケージング施設を含め、2025年までに先進的なICパッケージング能力を約4倍に増やす計画だ。8月下旬、インテルの製造サプライチェーン・オペレーション担当コーポレート・バイス・プレジデントであるロビン・マーティンは、Tech Wire Asiaに対し、「マレーシアは最終的にインテル最大の3Dチップ・パッケージング生産拠点になるだろう」と語った。
光トランシーバーやその他のシリコンフォトニクス製品の自社生産を強化することに加え、インテルはこの技術を他社にも提供している。昨年3月、中国のFAST Photonics Technologies社は、インテルの技術をベースにした光トランシーバーの製造計画を発表した。
ファスト・フォトニクスの本社と工場は深センにある。また、カリフォルニア州サンノゼには、サンタクララにあるインテル本社の近くに販売・技術サポートセンターがある。
2023年5月、日本の通信キャリアと通信技術開発会社であるNTTは、今後数年間にわたり、ますます高度化するフォトニクス・エレクトロニクス融合デバイスを製造する計画を発表した。
光から電気への信号変換を不要にするこれらのデバイスは、通信ネットワークやデータセンターの消費電力を根本的に削減する道を開くはずだ。
NTTは、2030年までにモバイルおよび光ネットワークのエネルギー効率を100倍、伝送容量を125倍、エンド・ツー・エンドの遅延（レイテンシー）を200倍削減することを目指している。
NTTは、インテル、ソニーとともに、「シリコンフォトニクス、エッジコンピューティング、ワイヤレス分散コンピューティングを含むオールフォトニクスネットワークインフラを結集する新しい通信インフラの採用を加速する」ために、Innovative Optical and Wireless Network Global Forumを設立した。
ファーウェイとimecは2014年、光データリンク技術に関する共同研究にシリコンフォトニクスを加えた。これは、ファーウェイが前年にimecとゲント大学からスピンアウトしたシリコンフォトニクス光トランシーバーの開発企業Caliopaを買収したことに続くものだ。
しかし、ファーウェイが米商務省の企業リストに掲載され、ASMLのEUV露光装置の中国向け出荷が2019年に禁止されたことで、ファーウェイとimecの協力関係は停止された。ASMLはimecと緊密な関係にある。
ファーウェイは独自の研究を続けており、これは同社の通信機器事業にとっても、米国政府による制裁から逃れるための努力にとっても重要である。2022年10月にYouTubeに投稿されたビデオでは、次のように宣言している： 「ファーウェイはアメリカのチップ規制を回避するためにフォトニックチップを製造するつもりだ。」
さらに、「フォトニックチップはシリコンベースのICを凌駕し、2nm以下のプロセスノードでは製造がほぼ不可能になる......さらに、（フォトニック）チップの製造プロセスはまったく異なる......まったく新しい製造技術を使用し、リソグラフィ装置をまったく必要としない......」と述べている。
「最も重要な点は、この分野の研究はまだ初期段階にあり、欧米諸国はまだ独占を確立していないということだ」とビデオは締めくくっている。
この評価は、少なくとも10年先を見据えているように見える。楽観的ではあるが、もっともな話であり、米国の制裁にもかかわらず、7nmプロセッサを搭載した5Gスマートフォン「Mate 60 Pro」を最近発表したことを考えると、ファーウェイの意図を軽視すべきではないだろう。
8月23日、ブルームバーグは「ファーウェイがチップ用の秘密ネットワークを構築中」という見出しの記事を掲載した。記事によると、米半導体産業協会（SIA）は、ファーウェイが少なくとも2つの工場を買収し、中国政府からの300億ドルの資金援助を受けて他の3つの工場を建設中であると警告している。
この報道が正確だとすれば、ファーウェイが単に標準的な半導体製造装置を別の名前で輸入するためにこのようなことをしていると考えるのは愚の骨頂だろう。ファーウェイと中国には、シリコンフォトニクスに多額の投資をするインセンティブがある。
