JP2020027147A

JP2020027147A - 小型光トランシーバ

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Publication number: JP2020027147A
Application number: JP2018150919A
Authority: JP
Inventors: 高橋　亮; Akira Takahashi; 亮高橋; 尚也和田; Hisaya Wada; 直克山本; Naokatsu Yamamoto
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: WO2020031478A1; JP7144786B2

Abstract

【課題】小型の光トランシーバを提供する。【解決手段】第１の基板３と，第１の基板３の表面に設けられた垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ５と，第１の基板の裏面であってＶＣＳＥＬアレイ５に対応した位置に接着された第１のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）７とを含み，第１の基板３は，ＶＣＳＥＬアレイ５から出射される光を透過する半導体基板であり，第２の基板１３と，第２の基板の表面に設けられた光検出器（ＰＤ）アレイ１５と，第２の基板の裏面であってＰＤアレイに対応した位置に接着された第２のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）１７とを含み，第２の基板１３は，ＰＤアレイ１５に入射する光を透過する半導体基板である光トランシーバ１。【選択図】図５

Description

本発明は，小型光トランシーバに関する。より詳しく説明すると，本発明は，マルチコアファイバの端面にレーザアレイとＰＤアレイを直接貼り付けた超小型光トランシーバや，そのトランシーバの応用例などに関する。

様々なインターネットサービス，高機能モバイルサービス，さらにはクラウドサービスの発展に伴い，データセンタを飛び交う情報量は年々増加し，データセンタの大規模化・大容量化が進められている。一方，将来，あらゆるモノがインターネットと繋がり（ＩｏＴ），自動運転等の高度交通システム（ＩＴＳ）が進展した場合，これらの情報を郊外に置かれた従来の大規模データセンタで処理を行うには大きな遅延時間が発生し問題となる。そこで，メトロ網周辺に小規模なマイクロデータセンタを分散的に設置し，そこでの低遅延なエッジコンピューティング技術が検討されている。このように，データセンタは我々の生活に不可欠な存在であり，その高速化，低遅延化，低消費電力化などが大きな課題となっている。

データセンタ内ネットワークは基本的にイーサネット（登録商標）によって構築されているが，その伝送速度は年々高速化を続け，２０１７年１２月末には400GbEの標準化が定められいる。図１は，データセンタネットワークの構成例を示す概念図である。将来的には図１に示すように，サーバからの25G信号をＴｏＲスイッチで100Gに変換し，Leafスイッチで400Gに変換して大容量伝送が行われることが予想される。

図２は，リーフ／スパインスイッチ装置の構成例を示す概念図である。図２に示されるように，このようなスイッチ装置は複数のスイッチＡＳＩＣ（ＬＳＩ）によって構成されているが，そのASICの規模も年々拡張され，１つのＡＳＩＣに収容可能な光トランシーバの数も増大している。その上，データセンタの大規模化（サーバ数の増大）に伴い，スイッチ装置自体も大規模化（多ポート化）が要求される。しかし，現状の光トランシーバ（電気−光信号間の変換装置）では，その大きさゆえに一つのスイッチボードに装着可能な数が制限されてしまうため，多数のボードに分割する必要が生じる。

さらに，このように分割されたボード間配線は，一般的に電気ケーブルによって接続されるが，スイッチ規模の増大に伴い，極めて煩雑化し，スイッチ装置の大型化につながってしまう。しかも，一つのボード上に置かれたASICチップ間配線も，信号速度の高速化に伴い，伝搬損失が増大するなど大きな問題を抱えている。そこで，これらボード間，チップ間の光インターコネクション技術の研究が進められているが，現状の光トランシーバ技術では，高密度実装が困難である。

図３は，400GbE用の光トランシーバの構成例を示す概念図である。図３に示されるように，400GbE用の光トランシーバには，多くのタイプが存在する。４００ＧＢａｓｅ−ＳＲ１６は，100ｍ以内の短距離用の光トランシーバであり，２５Ｇｂａｕｄ（ＮＲＺ）ｘ１６並列によって４００Ｇｂ／ｓ伝送を実現している。ここでは，入出力の光ファイバにそれぞれ16本のマルチモードファイバ（MMF）をリボン状に成形したものが用いられ，光源および受光素子には，16個の面発光レーザ(VCSEL)アレイ（波長：850nm）および16個のＰＩＮ−ＰＤアレイが用いられる。MMFはシングルモードファイバ（SMF）に比べコア系が大きいため，これら光学素子とMMFは近接させることでレンズフリーの結合が可能である。

４００ＧＢａｓｅ−ＤＲ４は，500ｍ以内の中距離用の光トランシーバであり，５０ＧｂａｕｄｘＰＡＭ４（４値の多値信号）ｘ４並列によって４００Ｇｂ／ｓ伝送を実現している。ここでは，入出力光ファイバには各々4本のSMFが，光源には一般的に導波路型レーザレイ（波長：1.3ｕm）が用いられ，それらの結合にはレンズアレイが用いられる。さらに，(0,1)のデジタルデータを(0,1,2,3)のPAM4データに変換するために，エンコーダ／デコーダが必要となる。

４００ＧＢａｓｅ−ＬＲ８は，10ｋｍの長距離用の光トランシーバであり，25Gbaud x PAM4 x 8波長によって４００Ｇｂ／ｓ伝送を実現している。ここでは，８個の波長の異なるレーザを用いており，それら光をMUX回路で多重化して，１本のSMFで送信している。受信する場合は，DEMUX回路で各波長の光信号を分離した後，８個のPDアレイで受信する。

このように，光トランシーバのタイプによって光信号の形態は異なるが，スイッチASICと光トランシーバ間は全て共通化され，25Gｘ１６のパラレル電気信号によってやり取りされる。さらに，その間に電気信号の波形劣化が生じるため，一般的にはリタイマーと呼ばれる識別再生ICが内蔵される。
これら光トランシーバは，CFP８やＱＳＦＰ−ＤＤと呼ばれるフォームファクターに準拠した小型モジュールとして作製され，図４(a)に示すように，スイッチ装置のフロント（またはリア）パネルに抜き差し可能な状態で装着されるのが一般的である。光トランシーバモジュールのサイズは年々小型化が進められているが，現状では前後パネルを使っても36個程度のモジュール装着が限界である。さらにこの時，光スイッチASICと光トランシーバの距離が長くなるため，通常使われる安価なPCBでは25Gの電気信号を送ることが困難となり，ボードの中間点に波形の識別再生用のリタイマーが必要となる。

図４は，光トランシーバの実装例を示す概念図である。上記の問題を解決するために，図４（ｂ）に示すようなＯｎ−Ｂｏａｒｄ型（Ｍｉｄ−Ｂｏａｒｄとも呼ぶ）の光トランシーバの開発が進められている。この時，ボードの中間点に置かれていたリタイマーを削除することが可能となり，消費電力やコストの面でメリットが大きい。さらに，光トランシーバからフロントパネルのコネクタまでは光ファイバで接続されており，別の装置とはコネクタを介して光ファイバで接続される。コネクタはパネルの高さ方向に何段でも重ねて装着することが可能であるため，ボード上の面積が許す限り多くの光トランシーバを装着することが可能となる。

さらに，図４（ｃ）に示すように，Ｏｎ−Ｐａｃｋａｇｅ型(MCM: Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ Moduleとも呼ぶ)の光トランシーバの開発が近年活発に進められている。光トランシーバは，スイッチASICと同じパッケージ上に近接して実装され，高速な25Gの電気信号はパッケージ内の高性能な内装基板上のみを伝送することとなる。そのため，光トランシーバのリタイマー部を削除し，光電気（OE）変換部のみを実装することが可能となるため，より小型化・低消費電力化が進められる。しかし，これを実現するには，極めて小型の光トランシーバの開発が必要となる。

さらに，究極の目標としては，図４（ｄ）に示すＯｎ−Ｃｈｉｐ型の研究が進められている。ここでは光トランシーバのOE変換部がスイッチASIC上に，シリコンフォトニクス技術を駆使して，モノリシックまたはハイブリッドに集積化される。これにより，更なる小型化・低消費電力化が期待されるが，大規模なスイッチASICから膨大な熱が発生するためレーザ発振が困難であるなど，解決すべき多くの問題を抱えている。

特開２０１１−１９３４５９号公報には，多芯ファイバ（ＭＣＦ）を使用するネットワーク・コンポーネントを含むＭＣＦ伝送システムが記載されている。

特開２０１１−１９３４５９号公報

小型の光トランシーバを提供する。

この発明は，基本的には，マルチコアファイバの端面にレーザアレイとＰＤアレイを貼り付けることで，超小型光トランシーバ（例えば数ミリ角）を達成でき，ＡＳＩＣパッケージ内への装着（MCM）が可能であり，さらにチップ間・ボード間の光インターコネクションへ応用できるという知見に基づく。

この明細書が開示する最初の発明は，光トランシーバ１に関する。この光トランシーバ１は，第１の基板３と，第１の基板３の表面に設けられた垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ５と，第１の基板の裏面であってＶＣＳＥＬアレイ５に対応した位置に接着された第１のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）７とを含む。
そして，第１の基板３は，ＶＣＳＥＬアレイ５から出射される光を透過する半導体基板である。

この光トランシーバは，第２の基板１３と，第２の基板の表面に設けられた光検出器（ＰＤ）アレイ１５と，第２の基板の裏面であってＰＤアレイに対応した位置に接着された第２のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）１７とを含むものが好ましい。第２の基板１３は，ＰＤアレイ１５に入射する光を透過する半導体基板であることが好ましい。また，第１及び第２のマルチコアファイバ７，１７は，第３の基板１９により固定されることが好ましい。

この明細書が開示する次の発明は，スイッチ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）用パッケージ２１に関している。そして，このパッケージ２１は，上記した光トランシーバを複数個含む。スイッチＡＳＩＣ用パッケージは，特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２３と，ＡＳＩＣ２３の周辺に設置された複数の光トランシーバ１を含むように構成されている。

この明細書が開示する次の発明は，光接続装置に関する。具体的な光接続装置の構成は，第１のパッケージ２１ａ及び第２のパッケージ２１ｂを含むとすると，第１のパッケージ及び第２のパッケージのそれぞれの光トランシーバ１ａ，１ｂは，共通するＭＣＦ２５で接続され，共通するＭＣＦを通じてそれぞれのＡＳＩＣ間で情報の授受を行うことができるものである。なお，２つのトランシーバ間を接続するＭＣＦである共通するＭＣＦ２５は通常２本（又は複数本）のＭＣＦである。

この明細書が開示する次の発明は，スイッチ装置３１に関する。このスイッチ装置３１は，複数のパッケージ２１のうちの第１のパッケージ２１ａの第１の光トランシーバは，第２のパッケージ２１ｂの光トランシーバと共通のＭＣＦ３５で接続され，共通のＭＣＦ３５を通じて第１のパッケージ及び第２のパッケージのＡＳＩＣ間で情報の授受を行い，第１のパッケージの第２の光トランシーバは外部装置３７と接続される。なお，２つのトランシーバ間を接続するＭＣＦである共通するＭＣＦ３５は通常２本（又は複数本）のＭＣＦである。

この明細書が開示する次の発明は，データセンタ内ネットワークに関する。このデータセンタ内ネットワーク４１は，上記したスイッチ装置３１を含ネットワークである。そして，外部装置３７はサーバであり，サーバは，シングルモードファイバを介して，ＭＣＦのいずれかのコアと接続されたものである。

本発明及びその好ましい態様によれば，低消費電力・低コスト・長距離伝送能を兼ね備え，かつ数ｍｍ角の超小型のＯｎ−Ｐａｃｋａｇｅ型光トランシーバを提供できる。

図１は，データセンタネットワークの構成例を示す概念図である（従来例）。図２は，リーフ／スパインスイッチ装置の構成例を示す概念図である（従来例）。図３は，400GbE用の光トランシーバの構成例を示す概念図である（従来例）。図４は，光トランシーバの実装例を示す概念図である（参考例）。図５は，本発明の光トランシーバの構成例を示す概念図である。図６は，本発明のスイッチ特定用途向け集積回路用パッケージを示す概念図である。図７は，本発明の光接続装置を説明するための概念図である。図８は，本発明のスイッチ装置を説明するための概念図である。図９は，本発明のＭＣＦを用いた超小型光トランシーバの構成例を示す概念図である。図１０は，本発明のＭＣＦを用いた超小型光トランシーバの上記とは別の構成例を示す概念図である。図１１は，本発明の超小型光トランシーバのチップ間光インターコネクションへの適用例を示す概念図である。図１２は，本発明の超小型光トランシーバを超多ポートスイッチ装置へ適用した例を示す概念図である。図１３は，図１２の超多ポートスイッチ装置をマイクロデータセンタへ適用した例を示す概念図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。

光トランシーバ
図５は，光トランシーバの構成例を示す概念図である。図５に示されるように，この光トランシーバ１は，第１の基板３と，第１の基板３の表面に設けられた垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ５と，第１の基板の裏面であってＶＣＳＥＬアレイ５に対応した位置に接着された第１のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）７とを含む。光トランシーバ（又は光トランシーバモジュール）は，小さいことが好ましい。光トランシーバの形状の例は，正方形又は長方形状であり，光トランシーバの大きさは，用途に応じて適宜調整すればよく，具体的な1辺（長方形における長辺）は，例えば０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲で調整すればよい。

光トランシーバは，例えば特許６３５０３０８号公報，特許６１７０５２７号公報に記載されたとおり，公知の装置である。基板は，光トランシーバに用いられるものを適宜採用すればよいが，この明細書において，第１の基板３は，ＶＣＳＥＬアレイ５から出射される光を透過する半導体基板である。第１の基板３の表面とは，第１の基板の一方の面であって，ＶＣＳＥＬアレイ５が設けられる面である。第１の基板の裏面は，ＶＣＳＥＬアレイ５が設けられた面と反対の面を意味する。第１のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）７は，第１の基板の裏面であってＶＣＳＥＬアレイ５に対応した位置に接着される。ＶＣＳＥＬアレイ５に対応した位置とは，ＭＣＦに含まれるそれぞれのコアが，第１の基板を介して，ＶＣＳＥＬアレイ５に含まれるＶＣＳＥＬと光の授受を行うことができる位置に存在していることを意味する。ＶＣＳＥＬアレイ５は，マルチコアファイバのコアの位置と同様の位置にＶＣＳＥＬが存在するものが好ましい。もっとも，マルチコアファイバの全てのコアについて，対応するＶＣＳＥＬが存在しなくてもよい。マルチコアファイバのいくつかのコアは，通信用ではなく，検波やその他の用途に用いられてもよい。マルチコアファイバは，中心のコアと，その周囲の第１層，第１層の周囲の第２層，といった層構成を採用しているものであってもよい。

この光トランシーバは，第２の基板１３と，第２の基板の表面に設けられた光検出器（ＰＤ）アレイ１５と，第２の基板の裏面であってＰＤアレイに対応した位置に接着された第２のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）１７とを含むものが好ましい。
第２の基板１３は，ＰＤアレイ１５に入射する光を透過する半導体基板であることが好ましい。第２の基板１３は，第１の基板３と同じものであってもよい。また，第１の基板３と第２の基板１３とは別々の基板である必要がなく，1枚の基板が第１の基板３と第２の基板１３を兼ねてもよい。光検出器（ＰＤ）アレイ１５は，，ＶＣＳＥＬアレイ５と同じ方向に設けられている。そして，第２のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）１７は，第１のＭＣF１７と同じ方向に設けられている。

第１及び第２のマルチコアファイバ７，１７は，第３の基板１９により固定されることが好ましい。第３の基板１９の例は，V溝基板であり，ガラス製V溝基板を好ましく用いることができる。V溝基板の溝に第１及び第２のマルチコアファイバ７，１７を設置することで，容易にアライメントを取ることができる。

図５に示される例では，ＶＣＳＥＬアレイ５から出射した各光は，第１の基板３を通過し，第１のMCF7の対応するコアに入射する。そして，第１のＭＣＦ７を介して，他の光学素子へ伝搬する。一方，第２のＭＣＦ１７の各コアを経た光は，第２の基板１３を通過し，ＰＤアレイ１５における対応するＰＤで受光される。

スイッチ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）用パッケージ
図６は，スイッチ特定用途向け集積回路用パッケージを示す概念図である。図６に示されるように，このパッケージ２１は，上記した光トランシーバ１を複数個含む。スイッチＡＳＩＣ用パッケージは，特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２３と，ＡＳＩＣ２３の周辺に設置された複数の光トランシーバ１を含むように構成されている。ＡＳＩＣ２３は，それぞれの光トランシーバ１と情報を授受することができるように接続されている。図６の例では，内装基板上にＡＳＩＣが設置され，各トランシーバ１と配線がなされている。また，各トランシーバは，ＡＳＩＣ以外の素子と接続可能となるようにされている。スイッチ特定用途向け集積回路用パッケージは，スイッチ装置に用いられるＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）用のチップ（通信用部品・通信用要素）である。

光接続装置
図７は，光接続装置を説明するための概念図である。図７に示される光接続装置は，第１のパッケージ２１ａ及び第２のパッケージ２１ｂを含む。第１のパッケージの光トランシーバ１ａと，第２のパッケージの光トランシーバ１ｂは，共通するＭＣＦ２５で接続され，共通するＭＣＦを通じて情報の授受を行うことができるようにされている。なお，２つのトランシーバ間を接続するＭＣＦである共通するＭＣＦ２５は通常２本（又は複数本）のＭＣＦである。この光接続装置における他のパッケージについても同様である。

スイッチ装置
図８は，スイッチ装置を説明するための概念図である。図８に示されるように，このスイッチ装置３１は，複数のパッケージ２１ａ，２１ｂを含み，いずれかのパッケージは，外部装置３７と情報の授受をすることができるように接続されている。図８の例では，複数のパッケージ２１のうちの第１のパッケージ２１ａの第１の光トランシーバは，第２のパッケージ２１ｂの光トランシーバと共通のＭＣＦ３５で接続されている。そして，共通のＭＣＦ３５を通じて第１のパッケージ及び第２のパッケージのＡＳＩＣ間で情報の授受を行うことができる。なお，２つのトランシーバ間を接続するＭＣＦである共通するＭＣＦ３５は通常２本（又は複数本）のＭＣＦである。
第１のパッケージの第２の光トランシーバ（第２のパッケージの光トランシーバと接続されたものではないトランシーバ）は，外部装置３７と接続される。すると，外部装置３７と第１のパッケージとは情報の授受を行うことができる。

データセンタ内ネットワーク
このデータセンタ内ネットワークは，上記したスイッチ装置３１を含ネットワークである（図８参照）。そして，データセンタ内ネットワークは，図８における外部装置３７がサーバであり，サーバに接続されたシングルモードファイバは，ファンイン／アウト装置を介して，ＭＣＦのいずれかのコアと接続されたものである。データセンタは，外部へ機能やサービスを提供するためのサーバコンピュータなどのコンピュータネットワークを設置し，運用するための施設である。

以下，実施例を用いて，本発明を具体的に説明する。本発明は，以下の実施例に限定されるものではなく，公知の構成や公知の条件を適宜採用したものも含まれる。

図９は，ＭＣＦを用いた超小型光トランシーバの構成例を示す概念図である。図９（ａ）は，光トランシーバの構成例を示す概念図である。このトランシーバの第一のポイントは，従来のようにリボンファイバを用いるのではなく，複数のコアを１本の光ファイバに集約したマルチコアファイバ（MCF）を用いることである。図９（ｂ）は，マルチコアファイバの断面図を示す概念図である。図９（ｂ）に示されるように，例えば，19芯MCFでは，10μｍ径のシングルモードコア１９本が，250μｍ径のクラッドで覆われ，１本の光ファイバを形成している。

この光トランシーバの第二のポイントは，V溝のガラス基板等で固定された２本のMCFの端面に，VCSELおよびPDアレイの基板裏面側が直接貼り付けられた構造であることである。図９（ｃ）はＰＤ又はＶＣＳＥＬアレイの配置例を示す概念図である。PDおよびVCSELアレイの素子配置は，MCFのコア配置と一致するように作製される。図９（ｃ）に示されるように，例えば，１９芯MCFを用いて，400Gb/sの光伝送を行うには，１コア当たり25Gb/sで16本のコアを用いればよく，残りのコア部分をモニタ用に用いることができる。図９（ｄ）は，ＰＤ又はＶＣＳＥＬアレイとＣＭＯＳ回路との接続例を示す概念図である。図９（ｄ）に示されるように，ＭＣＦの中心部に相当する位置にはデバイスを配置しないで，電気配線のグランド端子に用いることで，CMOS回路（PD出力を増幅・識別するためのTIAおよびLimitingアンプ，VCSELを駆動するためのDriverアンプ等を集積したIC）上に，直接フリップチップ接合させることが可能となる。これらの部品は，接合部の強度を保護するため，図９（ａ）に示されるように小型モジュールとしてパッケージ化され，スイッチASICパッケージ内の内装基板上に実装される。

図１０は，ＭＣＦを用いた超小型光トランシーバの上記とは別の構成例を示す概念図である。プリント配線基板上に，スイッチパッケージが設けられている。そして，その上部にパッケージ内装基板が設けられ，スイッチＡＳＩＣ，各種増幅器やドライバー等が設けられ，増幅器上に，光トランシーバが形成されている。図１０に示されるように，CMOS回路部分を上記モジュールの外部に出すことによって，ＰＤ／ＶＣＳＥＬアレイ部分のモジュールを大幅に小型化することが可能となる。

この超小型光トランシーバは，従来のプラガブルモジュール型ではなく，スイッチASIC近傍に設置するOn-Package型光トランシーバを目的とするものであり，リタイマー等の再生用ICが全て不要となり，スイッチ装置全体の低消費電力化・小型化に寄与する。

この光トランシーバは，高密度集積されたＰＤ／ＶＣＳＥＬアレイを，レンズアレイを用いることなくMCF端面に直接貼り付けることで，極めて小型の光トランシーバが実現される。特に，ＰＤ／ＶＣＳＥＬを駆動するためのＣＭＯＳ回路をモジュール外に分離することで，更なる小型化が可能となる。

この光トランシーバを用いると，例えば２５Gb／sの非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号で１６本のコアを使えば，４００Ｇｂ／ｓの光伝送が実現できる。すなわち，図３に示した従来の光トランシーバのＳＲ１６やＤＲ４のようなリボンファイバを用いる必要がなく，ファイバの配線が容易になる。さらに，DR４で使われる５０Ｇｂａｕｄ高速信号を使う必要がなく，変調フォーマットとしても，ＤＲ４やLR８のようなPAM４を使う必要がなく，最も単純なNRZが使用可能なため，エンコーダ・デコーダ用のDSPが不要となる。さらに，LR8のように波長多重を用いる必要がないため，ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ回路が不要となり，さらに温度に対するVCSELアレイの波長変動は大幅に許容され，ペルチェ等での温度制御が不要となる。その上，用いるMCFのコアは，DR4やLR８と同様にシングルモードであるため，長距離伝送が可能となる。

以上のように，この光トランシーバは，リタイマー，レンズアレイ，DSP，温度制御，ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ回路等が全て不要となるため，大幅な小型化・低消費電力化・低コスト化が可能となる。

次に，この光トランシーバの利用例について説明する。
スイッチASICの大型化が年々進展しており，近い将来１チップで25Tb／ｓを超えるスループットが実現されると考えられている。その時，１つのスイッチASICで，400G光トランシーバが32ポート収容可能であるが，従来のプラガブルモジュール型では，その実装が極めて困難である。この明細書に開示された超小型光トランシーバは極めて小型であるため，多数の光トランシーバをOn-Package実装することが可能である。

さらに図２で前述したとおり，データセンタネットワークにおけるリーフ・スパイン（Ｌｅａｆ／Ｓｐｉｎｅ）スイッチ装置は，多くのスイッチASIC群から構成されるが，従来のプラガブルモジュール型の光トランシーバでは，実装密度に限界があるため，複数のスイッチボードに分割する必要が発生する。そのため，ボード間でスイッチASICを接続する必要があり，大きな問題となっている。さらに，信号速度が400Gと高速になると，同じボード内のASIC間でさえ，その電気配線が極めて困難となる。

図１１は，超小型光トランシーバのチップ間光インターコネクションへの適用例を示す概念図である。図１１に示されるように，超小型光トランシーバ（オンパッケージ型）を用いた場合，ASIC間での光接続が極めて容易に実現可能であり，かつ離れたASIC間に必要不可欠なリタイマーが全て不要になるため，低消費電力化に寄与する。

図１２は，超小型光トランシーバを超多ポートスイッチ装置へ適用した例を示す概念図である。図１２に示されるように，超小型光トランシーバを用いることで，スイッチASICのパッケージ上に多数の光トランシーバを高密度で実装することが可能となり，さらにはASIC間の光接続にも利用することができるため，一つのボード上に多くのスイッチASICを実装したコンパクトな超多ポートスイッチ装置を実現することが可能となる。

図１３は，図１２の超多ポートスイッチ装置をマイクロデータセンタへ適用した例を示す概念図である。図１３に示される通り，このスイッチ装置は，16個のスイッチASICで構成されており，それぞれのASICには32個の本発明の光トランシーバが実装されており（内１６個はチップ間接続用で１６個は外部接続用），各光トランシーバは入出力それぞれ25Gの16芯MCF（全体で400G）で接続されていると仮定する。外部接続用のMCFにはファンアウト用のコネクタが取り付けられ，１本のMCFは16本のSMFに分離され，それぞれ異なるサーバと接続されている。

従来の光トランシーバ（DR4やLR8など）は，入力する400Gの電気信号（25Gの16並列電気信号）を，様々なフォーマット変換（NRZ→PAM４，25G→50G，８λのWDM）を行った後に，光信号として出力している。すなわち，25Gの16並列信号を一つの塊としてみなし，16並列信号の独立性は保証していない。しかし，超小型光トランシーバでは，入力する25Gの16並列電気信号を，そのままの形でOE変換しており，それぞれ16本の25G信号を独立した異なる信号として扱うことが可能である。そのため，任意のサーバ間で25Gの光パスが形成され，サーバから出力された信号は，25Gの信号形態を保ったまま，目的地のサーバに転送される。この時，当該スイッチ装置１台で，16ｘ16ｘ16＝4096個のサーバまで拡張可能である。すなわち，千台規模の一般的なマイクロデータセンタであれば，当該スイッチ装置１台でネットワークを構築することが可能となる。

さらに，図１で説明したように，一般的にデータセンタ内ネットワークでは，サーバから出力される信号を，リーフ（Leaf）スイッチで集約し，速度を変換しながら転送を行う。そのため，入力信号は一旦スイッチ装置のバッファ内に保存される必要があり（Store & Forward），大幅な遅延時間の発生をもたらす。数十万台規模の大規模データセンタでは，大量のサーバ間のデータ転送を保証するために，本方式が合理的であるが，千台規模のマイクロデータセンタでは，極めて非効率な方式である。マイクロデータセンタでは，自動運転等に関する高速な信号処理が求められるため，サーバ間での低遅延通信が不可欠であり，それにはスイッチ装置でのカットスルー（Cut-through）動作（信号をバッファに保存しないで，そのまま転送する）が理想的である。本スイッチ装置を用いた場合，サーバ間で一切信号の速度変換やフォーマット変換をすることなく，同一の信号形態で転送することができるため，カットスルー動作には最適であり，極めて低遅延なネットワークを構築することが可能となる。

この発明は光情報通信の分野で利用されうる。

１光トランシーバ
３第１の基板
５垂直共振器面発光型レーザアレイ
７第１のマルチコアファイバ
１３第２の基板
１５光検出器アレイ
１７第２のマルチコアファイバ
１９第３の基板

Claims

第１の基板（３）と，第１の基板（３）の表面に設けられた垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ（５）と，第１の基板の裏面であって前記ＶＣＳＥＬアレイ（５）に対応した位置に接着された第１のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）（７）とを含む光トランシーバ（１）であって，
第１の基板（３）は，前記ＶＣＳＥＬアレイ（５）から出射される光を透過する半導体基板である，光トランシーバ。
請求項１に記載の光トランシーバであって，
第２の基板（１３）と，第２の基板の表面に設けられた光検出器（ＰＤ）アレイ（１５）と，第２の基板の裏面であって前記ＰＤアレイに対応した位置に接着された第２のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）（１７）とを含み，
第２の基板（１３）は，前記ＰＤアレイ（１５）に入射する光を透過する半導体基板であり，
第１及び第２のマルチコアファイバ（７，１７）は，第３の基板（１９）により固定される，
光トランシーバ。
請求項２に記載の光トランシーバ（１）を複数含むスイッチ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）用パッケージ（２１）であって，
前記スイッチＡＳＩＣ用パッケージは，特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）（２３）と，前記ＡＳＩＣ（２３）の周辺に設置された複数の前記光トランシーバ（１）を含むパッケージ。
それぞれ請求項３に記載のパッケージである第１のパッケージ（２１ａ）及び第２のパッケージ（２１ｂ）を含む光接続装置であって，
第１のパッケージ及び第２のパッケージのそれぞれの光トランシーバ（１ａ，１ｂ）は，共通するＭＣＦ（２５）で接続される光接続装置。
請求項３に記載のパッケージ（２１）を複数含むスイッチ装置（３１）であって，
前記複数のパッケージ（２１）のうちの第１のパッケージ（２１ａ）の第１の光トランシーバは，第２のパッケージ（２１ｂ）の光トランシーバと共通のＭＣＦ（３５）で接続され，
前記共通のＭＣＦ（３５）を通じて第１のパッケージ及び第２のパッケージのＡＳＩＣ間で情報の授受を行い，
第１のパッケージの第２の光トランシーバは外部装置（３７）と接続される，スイッチ装置。
請求項５に記載のスイッチ装置（３１）を含むデータセンタ内ネットワークであって，
前記外部装置（３７）はサーバである，
データセンタ内ネットワーク。