国家プロジェクトにおける技術研究組合PETRAの …シリコンの高密度･低消費電力WDM光インタコネクト基盤リングベースWDMフィルタ温度調整型28Gbpsリング変調器、

NEDO 光エレクトロニクスシンポジウム 2015.6.16

国家プロジェクトにおける

技術研究組合PETRAの挑戦

平成２７年６月１６日

技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

専務理事藤田友之

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Ⅰ．シリコン・フォトニクスと世界の国家プロジェクト

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シリコンフォトニクス（光電子集積回路）

シリコンフォトニクス技術は、シリコンに微細な光導波路を作り込み、さまざまな機能を持つデバイスを集積する技術技術障壁が高く、リスクは大きいが、産業へのインパクトが大きい

⇒欧米をはじめ、国家プロジェクトとして研究開発を進めている難度の高い技術開発、産業へのインパクトが大きい、優秀な人材を集められる

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AOC

光電子インターポーザ（2022年頃）

光電子集積回路

集積光I/Oチップ(TX)

MOS変調器

電気入力信号

光出力信号

レーザ

Ge面型受光器

電気出力信号

集積光I/Oチップ(RX)

受光器ｽﾎﾟｯﾄ径変換器

分岐器分波器

ｸﾞﾚｰﾃｨﾝｸﾞ結合器変調器

20Gbpsの場合

周波数が高くなると、電気配線では消費電力が極めて大きくなる

何故、光配線なのか？

集積技術シリコンフォトニクス


各国の国家プロジェクト投資額

主要国等の政府負担研究費EU：11.7兆円、米国：11.1兆円、日本：3.5兆円

全研究費に占める政府負担比率：EU：33.3％、米国：27.1％、日本：17.9％

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主要国等の組織別研究費負担割合

主要国等の政府負担研究費の推移（IMF 為替レート換算）

出典：科学技術要覧平成23年版(文部科学省)

政府負担


Si Photonics Breaking Newsでの国家pj関連の話題

半数以上を国家pj関連が占めている（M&A関係を除く）

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Partnership

M&A

M&A

Fund

Start-up

Alliance

MSA

Collaboration

MSA

出典：Yole社

国家Pj関連

M&A


世界のシリフォト国家プロジェクト

欧州と米国が世界を牽引欧州：最先端のシリフォトをファブで提供。

米国：研究成果を事業化して、市場に投入。

米国（2003年～）事業化を意識

ＤＡＲＰＡ

ＥＰＩＣ（デバイス）４３億円

ＵＮＩＣ（光集積化）４４億円

DoD

IP-IMI（実装）110億円(Matching)

AirForce, Navy, Army 各応用毎

欧州（2002年～）最も早くスタート

ＦＰ６（フォトニクス）４７億円

ＦＰ７（フォトニクス）５１億円

HORIZON（フォトニクス）

Photonics21

日本MIRAI/SELETE内閣府･最先端 45億円経産省/NEDO 実行中

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アジアシンガポールIME 台湾 TSMC 中国中国科学院韓国 KAIST


欧米におけるシリコンフォトニクス関連プロジェクト

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プロジェクト略称概要開始期間ＰＪ総額

EPIC シリコン光デバイスと集積化技術 2006年 4年 6.43

UNIC 大規模集積モジュール 2008年 5年 44.3

C2OI チップ間光配線 2003年 9年 28

E-PHI 光エレクトロニクスのヘテロ結合 2011年 13.9

IP-IMI 光エレクトロニクス実装機構(ものづくり) 2015年 5年

合計 92.63

（2007-2013） 7th Research Framework Programme (FP7) 欧州 (単位：M€)

プロジェクト略称概要開始期間ＰＪ総額

HELIOS CMOSベース光電気機能集積技術 2008年 4年 12

Plat4M 製造用フォトニック技術とライブラリ化 2012年 5年 15

FABULOUS シリフォト低コストユニットFDMAアクセス 2012年 4年 4

FIREFLY 導波路･フォトニック結晶ナノ･インプリント 2011年 4年 5

NAVLCHI ナノスケール・シリコン-プラズモン基盤 2011年 4年 3

PhoxTroT 高性能･低消費電力データセンタ/HPC DataLink 2012年 5年 12

EuroPIC 光集積回路製造用の欧州プラットフォーム 2012年 4年 3.8

合計 54.8

（2006-2015） DARPA Projects for Silicon Photonics 米国

(110)

(単位：M＄)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/5c/Seventh_Framework_Programme_logo.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/5c/Seventh_Framework_Programme_logo.svg


Ⅱ．欧米の国家プロジェクトに学ぶ点（シリコン・フォトニクス関係）

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(1)欧州の光技術プラットフォーム“Photonics 21”

光技術プラットフォーム“Photonics 21” は、欧州27カ国の経済価値創出の連鎖に関わる350団体からの代表が実行メンバーとなり、産業界の主導で推進される。

応用技術分野に対応する四つのワーキンググループを横糸とし、要素分野ごとに三つのグループを縦糸として立体的に組織

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現状の欧州の多様化したフォトニクス技術を共通化し、束ねるために次の四つの戦略：

(1) 欧州の力強いイノベーション促進へ向け、経済価値創出の連鎖に関わる全ての機関が協力する。

(2) 実用を主導とした分野融合を推進する。

(3) 異分野間のシナジー効果を引き出す。

(4) 欧州のフォトニクス技術開発の体制は分散状態にあるが、それらの中に共通点を見出す。


IBM社の光集積化技術（UNIC)

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先進のアーキテクチャ３層構造、モノリシック（90nm）、

25G×4chトランシーバ製品を販売（来年）25Gbpsで、世界初の４波WDM


アプリ駆動型マルチコアComputing用の光電子統合型NW

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欧州imec：28Gbpsシリコンフォトニクスプラットフォーム

July, 25, 2014, Leuven—シリコンの高密度･低消費電力WDM光インタコネクト基盤リングベースWDMフィルタ

温度調整型28Gbpsリング変調器、

高速ゲルマニウムPD

低損失(＜2.5dB/㎝)ストリップ導波路

高効率グレーティングカプラ(2.5dB挿入損失)

25Gbps MZM

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Silicon Photonics Multi-Project Wafer Service – ePIXfab

すべて、imecのiSiPP25Gプラットフォームに集積


欧州PhoxTroT

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高性能･低消費電力

データセンタ/ＨＰＣ向けDataLink

光バックプレーンコネクタ(パッシブ)

空気口

多層配線ミッドプレーン

光エッジトランシーバ

光ミッドボードトランシーバ

デュアルポートディスクドライブ

電源

制御モジュール

高速コネクタ(制御モジュールへ)

光フロント面コネクタ


欧米の国家プロジェクトに学ぶこと

欧米企業のBehavior

良いと思ったら、すぐに声をかける

Give&Takeが基本なので、レベルに応じた情報開示が早い

技術を理解する投資家が、そばにいる

欧米企業に学ぶ点

平素からビジネスモデルを考え工夫している

弱みを強みに変える能力(連携能力)が高い

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Ⅲ．新しい動き

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(1)光電子集積アーキテクチャ

世界の強豪各社が、光電子集積サーバのアーキテクチャを独自に提案

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IBM社：光電気積層集積構造 HP社：シリフォトを核とするTheMachine

Intel社：シリフォトラックとAOC内蔵Ericsson社：Intelアーキテクチャ上に

通信装置構築

2015年5月発表2015年2月発表

2015年秋：新プロセッサ2015年3月発表

⇒各社が、次世代のパートナーを募り始めた…


(2)米国政府〝光集積チップ“ものづくりプロジェクト

合衆国のものづくりは我々の経済創生の中核であり、合衆国のモノづくりセクタは数10年前の過去と同様に、新しい仕事を獲得し投資を受ける価値(競争力)を有する

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President Obama Announces New Manufacturing Innovation Institute Competition

国プロ企業・大学研究機関

事業or

研究ファンドリーブローカー

製造、プロセスデザインキット

パターン生成（マスク、EBデータ）

設計ツール

材料、資材

テスト、アセンブリ、パッケージング

プロトタイピング

投資機関

量産/製品ファブ

販売製品

技術移管､著述

教育、トレーニング

実装メーカ

サポート

研究ファブ

IP-IMI：The Integrated Photonics Institute for Manufacturing Innovation

期間：５年投資：110M$

（Matching）

現在、選考中

⇒米国では、ものづくりに関する労働者が3割減少した。

☞その雇用を復活させたい…


(3)シリフォト企業のM&A

買収された企業買収の年月買収額買収した企業

総額約１２００億円

Lightwire(US) Mar 2012 US$271M Cisco

シリコンフォトニクスの買収事例

(出典：Yole社 Photonics 2014 report, June 2014)

US$ 82M

US$ 47.5M

Eu€ 11.5M

US$ 400M

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05/29 AvagoがBroadcomを4兆6000億円(370億ドル)で買収

⇒これらの囲い込みにより、オープンな市場での製品供給が減少☞市場参入のチャンス


Ⅳ．日本の国家プロジェクト

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産業のコメとして

産学官連携

技術研究組合をベースとした活動

日本の強みを発揮

実装、基板、半導体、装置


日本におけるシリコンフォトニクスへの取り組み

基本姿勢

大志を共有…半導体の限界克服

システムの要請をデバイスに反映

産業の基盤(コメ)を確保

Dream Team

東京大学荒川泰彦教授のリーダシップのもと、

産学官の本格的な連携を実現する

産業への貢献

プロジェクト終了を待たずに事業化

失敗を恐れずに、攻める姿勢を

研究成果を継承した新会社設立

(改正)技術研究組合法のメリットを最大限に活用

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日本におけるシリフォト関連の国家プロジェクト

府省連携型：内閣府･最先端から経産省･未来開拓へ基礎技術の開発から、実用化、事業化へのステップ

デバイス層～システム・ソフトウェア層に至る広い技術領域を連動させる

基本デバイスレーザ,変調器,受光器

導波路,SSC…

国家プロジェクト技術開発(インテグレーション)

革新的デバイス飛躍的な性能向上(大学との連携)

経産省/NEDO総額300億円2012-2021

内閣府･FIRST総額45億円2009-2014

超低消費電力型光エレクトロニクス実装技術

フォトニクス･エレクトロニクス融合システム基盤技術開発

技術開発(シリコンフォトニクス)

量子ドットレーザを核とする世界最先端技術

国家プロジェクト

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光アーキテクチャコンピュータ、通信機器

（低消費電力化・高性能化）

量産技術の確立

シリコンファブ

アセンブリ組立

革新的デバイス飛躍的な性能向上(大学との連携)

2016-

2018-

2020-


光電子集積回路…協調型設計が重要 ⇒日本向き

デバイス、モジュール、実装の最適な役割分担を図る

複雑なトレードオフ問題を、協調的に解決

総合性能は、最適な役割分担によって実現される（協調型設計）

実装技術

モジュールデバイス

Optical Signals

Electrical Signals

Mother Board

Logic LSI

Drv/Rcv

ワイヤボンディング/フリップチップ実装

レーザ搭載

Si-photo.

プリント板搭載性

シグナル・インテグリティ

総合的電力削減テスト容易性温度非依存化

エコカー開発に似ている

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光エレ実装プロジェクトの特徴

集中研

各企業の壁を越えて協力し、技術の壁を突破

つくばの産総研に、約50名が集結

産学官連携

大学・産総研との密な連携で、中長期視点の研究開発推進

（企業だけでは無理）

柔軟な体制強化

デバイス・プロセスからスタートし、コンピュータ・アーキテクチャからソフトウェアに至る協働研究を推進

ユーザ企業との連携による、新市場開拓を開始

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第Ⅰ期の技術開発成果

25Gbps×12ch＝300Gbps/chip世界最小サイズで、世界最小電力(5mW/Gbps)

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量子ドットレーザ

…世界最高峰を達成


企業との連携(事業化)

海外企業との連携を開始： Corning社光ファイバー

OFCで展示 ⇒約100社がコンタクト

2525 Eye pattern at 25 Gbps


Ⅴ.まとめ

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21世紀型の産業へ

国家プロジェクトは、革新的な事業基盤を提供その成果で新しい事業を生み出すのは、皆さんです！

欧米企業に遅れることなく、新ビジネスを創りましょう

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民生機器

プロセッサ

LSI搭載用

ストレージFPGA

情報通信機器

通信装置

光NW医療・ヘルスケア

ロボット

ヘルスケア・自動制御市場

AOC

基板内

装置内

高周波配線・AOC

光電子集積チップ

①2016年から

②2018年頃から

③2018年頃から

④2020年頃から

⑤2022年頃以降


ご清聴有難うございました

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国家プロジェクトにおける 技術研究組合PETRAの …シリコンの高密度･低消費電力WDM光インタコネクト基盤 リングベースWDMフィルタ 温度調整型28Gbpsリング変調器、

国家プロジェクトにおける技術研究組合PETRAの …シリコンの高密度･低消費電力WDM光インタコネクト基盤リングベースWDMフィルタ温度調整型28Gbpsリング変調器、