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ボード内光インターコネクション方法と装置 コモンズ

国内特許コード P03A000333
整理番号 Y00-P383
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-053866
公開番号 特開2002-258079
登録番号 特許第3968743号
出願日 平成13年2月28日(2001.2.28)
公開日 平成14年9月11日(2002.9.11)
登録日 平成19年6月15日(2007.6.15)
発明者
  • 裏 升吾
  • 西原 浩
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 ボード内光インターコネクション方法と装置 コモンズ
発明の概要 演算プロセッサ等の高速化・大容量化に必要な配線容量を確保できる光インターコネクション方法及びこの方法を用いた装置を提供する。特定の光波長を有する光源からの空間光10を、複合光導波路に設けた入力グレーティング7により複合光導波路を伝搬するスーパーモード光12に結合させ、主光導波路3に設けた反射グレーティング4により反射させると共に主光導波路3を伝搬する基本モード導波光13に結合させ、且つ、主光導波路3を伝搬する複数の波長の基本モード導波光13の内、特定の波長を有する基本モード導波光13を、主光導波路3に設けた反射グレーティング4により反射させると共に複合光導波路を伝搬するスーパーモード光12に結合させ、複合光導波路に設けた出力グレーティング8により空間光11に結合させ、光検出器に入射させる。
従来技術、競合技術の概要
情報技術(IT)が急進展する近年、演算プロセッサの高速化・大容量化は極めて重要であるが、その性能向上は配線容量で律速され、その容量確保が、電気配線を使用する現状技術の延長では困難となることが予測されている。
例えば、演算プロセッサとメモリーの間は、データーバスと呼ばれる電気配線で結合されているが、演算プロセッサの高速化・大容量化のためには、データバスの配線容量、すなわち、データーバスを構成する配線本数を増やさなければならない。個々の配線を微細化して、本数を増やす従来法では、電気配線であるために、配線遅延、クロストーク、あるいは電気信号の反射といった問題が顕著になり、限界が生じる。
【0003】
このような状況の中で、光は、伝搬速度が大きく、同一空間を伝搬する光であっても波長が異なれば分離できる、といった光超並列性を有するため、装置間、電子集積回路(IC)チップを搭載したボード間、又は、ICチップ間の情報伝送を光によって行う、すなわち、光インターコネクト技術がこの課題を解決する手段として注目され、伝送距離の長い部分から開発・実用化されている。
例えば、装置間の光インターコネクト技術の例として、面発光レーザー、マルチモードファイバ、及びフォトダイオードで構成した光モジュールがある。この光モジュールは、伝送距離100m、チャネル数10以上で、転送速度Gbpsから数十Gbpsを実現している。
また、ICチップを多数搭載したボード間の光インターコネクト技術の例としては、これらのボードを搭載するマザーボードに光導波路を形成し、ボード間の情報の受け渡しを光信号で行う例がある。
また、ボード間の情報の受け渡しを、ボード上部に設けた光送信部と光受信部を介した自由空間光で行う例もある。
また、ボード間の情報の受け渡しを、複数のボードの背後に設けたホログラムとミラーを介した自由空間光で行う例もある。
【0004】
一方、ボード内の電子集積回路チップ間の光配線は、伝送距離が短く、光の伝搬速度の優位性があまりないことからあまり注目されていない。
しかしながら、将来のペタFLOPSの演算速度やテラbpsのスループットを実現するためには、超並列演算プロセッサによるコンピュータシステムを必要とし、クロック周波数を大きくする必要がある。しかしながら、クロック周波数が数GHzを越えると、光であってもクロックあたりの伝送距離がcm程度となり、伝搬遅延時間差の問題が生じる。光の超並列性を利用すれば、クロック周波数をあまり大きくせずに、同等の演算速度を実現することができ、伝搬遅延時間差の問題を緩和することができる。
【0005】
ボード内のICチップ間を光配線する方法には、電気→光変換素子であるE/O素子と、光→電気変換素子であるO/E素子と、ICとからなるMCM(マルチチップ・モジュール)を基本単位とし、ボード上に配列した複数のMCM間を光配線する方法がある。
この方法においては、E/O素子及びO/E素子の光入出力方向は、一般に、MCMの表面に垂直方向である。このため、ボード面に配列したMCMのE/O素子部分において、E/O素子からの発光を90°曲げてボード面に沿った方向に伝搬させること(以後、アドと呼ぶ)、また、O/E素子部分において、ボード面に沿って伝搬してきた光を90°曲げてO/E素子に入射させること(以後、ドロップと呼ぶ)が必要である。
産業上の利用分野
本発明は、ボード上に配列した電子集積回路(IC)チップ間の接続を光配線で接続する光インターコネクション技術に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 基板と該基板上に設けられた反射膜と該反射膜上に設けられた第1の導波コアの下部層と該第1の導波コアの下部層上に設けられた第1のグレーティング層と該第1のグレーティング層上に設けられた第1の導波コアの上部層と主光導波路として該第1の導波コアの上部層上に設けられた第2の導波コア層と該第2の導波コア層上に設けられた第2のグレーティング層とで積層構造の複合光導波路が構成され、
上記第1の導波コアの上部層及び下部層が同一の光学媒質でなり、
上記第1の導波コアの上部層及び下部層の屈折率n0 及び上記第2の導波コア層の屈折率n2 の関係がn0 <n2 であり、
上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光の界が強い上記第1のグレーティング層に入力グレーティング及び出力グレーティングが設けられ、上記第2のグレーティング層に反射グレーティングが設けられ、
特定の波長を有する空間光を上記入力グレーティングで上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光に結合させ、上記反射グレーティングにより反射させて上記主光導波路を伝播する基本モード導波光に結合させる一方、
上記主光導波路を伝播する基本モード導波光のうち特定の波長の基本モード導波光を上記反射グレーティングにより反射させて、上記複合光導波路を伝播する上記スーパーモード光に結合させ、上記出力グレーティングにより空間光に結合させて光検出器に入力させることを特徴とする、ボード内光インターコネクション装置
【請求項2】 基板と該基板上に設けられたクラッド層と該クラッド層上に設けられた第1のグレーティング層と該第1のグレーティング層上に設けられた第1の導波コア層と主光導波路として該第1の導波コア層上に設けられた第2の導波コア層と該第2の導波コア層上に設けられた第2のグレーティング層とで積層構造の複合光導波路が構成され、 上記クラッド層の屈折率n0 、上記第1の導波コア層の屈折率n1 及び上記第2の導波コア層の屈折率n2 の関係がn0 <n1 <n2 であり、
上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光の界が強い上記第1のグレーティング層に入力グレーティング及び出力グレーティングが設けられ、上記第2のグレーティング層に反射グレーティングが設けられ、
特定の波長を有する空間光を上記入力グレーティングで上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光に結合させ、上記反射グレーティングにより反射させて上記主光導波路を伝播する基本モード導波光に結合させる一方、
上記主光導波路を伝播する基本モード導波光のうち特定の波長の基本モード導波光を上記反射グレーティングにより反射させて、上記複合光導波路を伝播する上記スーパーモード光に結合させ、上記出力グレーティングにより空間光に結合させて光検出器に入力させることを特徴とする、ボード内光インターコネクション装置
【請求項3】 前記基板と前記クラッド層との間に反射膜を有することを特徴とする、請求項2に記載のボード内光インターコネクション装置。
【請求項4】 前記入力グレーティングが前記複合光導波路に搭載するMCMのE/O素子の位置に対応して設けられ、前記出力グレーティングが上記MCMのO/E素子の位置に対応して設けられることを特徴とする、請求項1又は3に記載のボード内光インターコネクション装置。
【請求項5】 基板と該基板上に設けられた反射膜と該反射膜上に設けられた第1の導波コアの下部層と該第1の導波コアの下部層上に設けられた第1のグレーティング層と該第1のグレーティング層上に設けられた第1の導波コアの上部層と主光導波路として該第1の導波コアの上部層上に設けられた第2の導波コア層と該第2の導波コア層上に設けられた第2のグレーティング層とで積層構造の複合光導波路が構成され、上記第1の導波コアの上部層及び下部層が同一の光学媒質でなり、上記第1の導波コアの上部層及び下部層の屈折率n0 及び上記第2の導波コア層の屈折率n2 の関係がn0 <n2 であり、上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光の界が強い上記第1のグレーティング層に入力グレーティング及び出力グレーティングが設けられ、上記第2のグレーティング層に反射グレーティングが設けられてなるボード内光インターコネクション装置を用い、
特定の波長を有する空間光を上記入力グレーティングで上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光に結合させ、上記反射グレーティングにより反射させて上記主光導波路を伝播する基本モード導波光に結合させる一方、
上記主光導波路を伝播する基本モード導波光のうち特定の波長の基本モード導波光を上記反射グレーティングにより反射させて、上記複合光導波路を伝播する上記スーパーモード光に結合させ、上記出力グレーティングにより空間光に結合させて光検出器に入力させることを特徴とする、ボード内光インターコネクション方法
【請求項6】 基板と該基板上に設けられたクラッド層と該クラッド層上に設けられた第1のグレーティング層と該第1のグレーティング層上に設けられた第1の導波コア層と主光導波路として該第1の導波コア層上に設けられた第2の導波コア層と該第2の導波コア層上に設けられた第2のグレーティング層とで積層構造の複合光導波路が構成され、上記クラッド層の屈折率n0 、上記第1の導波コア層の屈折率n1 及び上記第2の導波コア層の屈折率n2 の関係がn0 <n1 <n2 であり、上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光の界が強い上記第1のグレーティング層に入力グレーティング及び出力グレーティングが設けられ、上記第2のグレーティング層に反射グレーティングが設けられてなるボード内光インターコネクション装置を用い、
特定の波長を有する空間光を上記入力グレーティングで上記複合光導波路を伝播するスーパーモード光に結合させ、上記反射グレーティングにより反射させて上記主光導波路を伝播する基本モード導波光に結合させる一方、
上記主光導波路を伝播する基本モード導波光のうち特定の波長の基本モード導波光を上記反射グレーティングにより反射させて、上記複合光導波路を伝播する上記スーパーモード光に結合させ、上記出力グレーティングにより空間光に結合させて光検出器に入力させることを特徴とする、ボード内光インターコネクション方法
産業区分
  • 光学装置
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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