0925　フォトニックチップ新興企業、AI演算革命を牽引

感謝以下続。。。光子晶片新創掀AI運算革命 - 電子工程專輯

人工知能（AI）演算需要の急速な拡大を背景に、新興半導体企業であるCelestial社およびOpenLight社は、光子チップ開発を全速力で推進しており、早ければ本年中にも初の光子チップ製品を市場に投入する見通しである。

これらの次世代製品は、高性能かつ低消費電力を特長とし、Amazon、Microsoft、Googleなどのハイパースケールクラウド事業者が運営するAIデータセンターを主なターゲットとしている。

米国技術専門誌『EE Times』の独占インタビューにより、両社の最新戦略および技術的ブレークスルーが明らかになった。

Celestial社は2025年8月に2億5,500万米ドルの資金を調達し、その出資元にはTSMC（台積電）関連会社VentureTech AllianceおよびSamsung Catalyst Fundが含まれる。これにより、同社の累計調達額は5億2,000万米ドルに達した。

同月には、OpenLight社も3,400万米ドルの資金調達に成功しており、Juniper Networks（現HPE傘下）およびLam Researchの投資部門Lam Capitalなどが出資者として名を連ねている。

Celestial社は来年、初のシリコンフォトニクス製品群を投入する計画であり、その中核技術であるPhotonic Fabricは、プロセッサーパッケージ内におけるチップ間の光インターコネクト、さらにはデータセンター内ラック間を跨ぐサーバー間光通信を実現するものである。

今回の新規資金は、サプライチェーンの強化およびTSMCなどのファウンドリーとの連携深化に活用される予定であり、AIインフラ需要の爆発的拡大に対応する体制をさらに強化する方針である。 OpenLight、Tower製PDKの拡充とCPO量産を加速

一方、OpenLight社は、Tower Semiconductorによる製造プロセスに基づくプロセス設計キット（PDK）のコンポーネントライブラリ拡充に注力している。

同社は、アクティブおよびパッシブ光子デバイスを網羅し、特に400Gbps変調器およびチップ上でレーザーを異種統合できるリン化インジウム（InP）技術を重点開発領域としている。

OpenLight社は、量産体制の加速および共同封止光学（CPO: Co-Packaged Optics）応用の実装に取り組んでおり、次世代AIデータセンターにおける光通信技術の商用化を急いでいる。

Celestial、サーバー内光ネットワークの垂直拡張に注力

Celestial社COO（最高執行責任者）Preet Virk氏は次のように述べている。

「ハイパースケール事業者は、当社製品の出荷直後にソリューションを導入する計画であり、その時期は来年中期から下期にかけてとなる見込みである。これにはクラウド事業者のみならず、半導体メーカーも含まれる。ハイパースケールクラウド事業者は、光学時代への移行を待ちきれない状況である。」

同社は特に、サーバー内部における垂直方向のスケールアップ型ネットワークに注力しており、これはデータセンター内通信トラフィックの約85％を占める領域である。

Virk氏によれば、スケールアップ型ネットワークの販売量は昨年、銅線イーサネットを用いた水平スケールアウト型スイッチの販売を上回ったという。

現在、光子チップ分野の主な競合企業には、**Ayar Labs、Lightmatter、Huawei（華為）**などが挙げられる。

OpenLight、年内量産開始へ　CPO応用に大口顧客の関心集まる

OpenLight社CEO Adam Carter氏は、「当社は本年中に量産を正式に開始する予定であり、既に複数の大手顧客がリン化インジウム技術の採用に強い関心を示している。特にCPO（共同封止光学）応用向けの引き合いが活発である」と述べた。

また、「単一CPOの総帯域幅は極めて大きく、現時点で公開されている他社製品を大きく上回る規模になる見込みである」とし、同社は年末までに初期顧客への出荷を開始する計画を明らかにした。

光子チップ戦略、各社が加速　Lightmatter・Ayar Labsも参入拡大

Lightmatter社は本年3月に**「Passage M1000」を発表した。

同製品は総光学帯域幅114Tbpsを実現し、多層フォトニック・インターポーザを用いた3Dパッケージングにより、大型ダイ間を光学的に接続し、数千基のGPUを高速連結できるプラットフォームである。

同社はGlobalFoundriesおよびAmkor Technology**と連携し、M1000ベースの顧客設計品の生産を進めている。

また、Ayar Labs社は世芯電子（Alchip Technologies）との協業を2025年9月に発表した。

両社はAyarのCPO技術と世芯の設計能力を融合し、TSMCのCOUPE先進封装技術を活用したソリューション開発を推進している。

Celestial、「銅線ボトルネック」打破へ　AI時代の光学基盤構築を加速

Celestial社によると、世界は現在、史上最大規模のインフラ投資ブームに突入しており、各社がAI演算能力の拡充にしのぎを削っている。

IBMもこの潮流に加わり、量子コンピューティング新興企業PsiQuantum社はGlobalFoundries社のニューヨーク・マルタ工場にて、45nm窒化シリコン（SiN）プロセスを用いた光子チップの生産を進めている。

Celestial社CEO David Lazovsky氏は次のように強調した。

「AI産業は今、根本的なボトルネックに直面している。AIプロセッサ間の通信が依然として銅線ベースで行われていることである。

従来の銅線インターコネクトでは、次世代AIに必要とされる数百万規模のプロセッサ連携を支えることはもはや不可能である。」

Celestial、NVIDIA NVLinkに挑戦　光子インターコネクト技術で優位性を強調

Celestial社が開発を進めるPhotonic Fabricは、NVIDIAのNVLinkに対抗し得る技術として注目を集めている。

NVLinkは、従来のPCI Express（PCIe）を凌駕する高速かつ直接的なGPU間接続を可能とする技術であるが、Celestial社は自社技術が大幅な消費電力削減を実現すると強調している。

同社COOのPreet Virk氏は次のように述べた。

「当社のGPU間通信は、NVLinkスイッチの消費電力のわずか4分の1に抑えられる。」

Celestial社のPhotonic Fabricは、NVLinkに代わる次世代光インターコネクト技術として業界内外の注目を集めている。

光学メモリブリッジ「OMIB」でチップ間光通信を拡張

さらにCelestial社は、独自開発の光学メモリ・インターフェース・ブリッジ（Optical Memory Interface Bridge：OMIB）を推進している。

OMIBはNVLinkの代替構造として設計されており、IntelのEMIB、TSMCのCoWoS、およびSamsungのIQEなどと同様に、チップ内およびチップ間の光接続を実現するものである。

同社はすでにTSMCの4ナノおよび5ナノメートルプロセスを採用し、OMIB制御回路向けの送受信モジュール（トランシーバ）を開発している。

この技術は、AIサーバーやHPC向けにおける大規模GPU間通信のボトルネック解消を目的としており、AIインフラの次世代光学アーキテクチャを牽引する可能性がある。

華為（Huawei）、「SuperPod」で高性能計算（HPC）市場に本格参入

Huawei（華為）もまた、NVIDIAのNVLinkを意識した動きを強めている。

同社は新世代の「SuperPod」クラスタを発表し、最大15,488基のAscend NPUを相互接続し、一体的なコンシステントシステムとして稼働させる構想を明らかにした。

Huawei輪番董事長の徐直軍氏は、「SuperPodは来年、Ascendチップに正式導入される」と述べている。

EMI課題の顕在化 ― 光学I/Oが信号完全性問題を打破

チップの大型化が進む中で、パッケージ内部の高速インターコネクトは電磁干渉（EMI）という新たな課題に直面している。

Celestial社COO Preet Virk氏は次のように説明する。

「NVIDIAやAMDは、巨大なフルマスク・ダイを単一パッケージ内に統合しており、これらを相互接続する高速リンクは信号完全性（Signal Integrity）の維持に苦慮している。当社の光学I/Oは、ダイ内の任意の位置に配置可能であり、従来設計のようにチップエッジに限定されない。

さらに、当社の変調器はマイクロリング（micro-ring）素子のような温度依存性を持たない点が大きな利点である。」

Celestial社は、従来のマイクロリング構造に代えて**電気吸収変調器（EAM: Electro-Absorption Modulator）**を採用している。

EAMは電場によって光吸収率を制御し、レーザー強度を調整する方式であり、高速応答性と高いエネルギー効率を両立する。

Virk氏は次のように続けた。

「NVIDIAが600〜700ナノ秒を要する演算を、当社はわずか100〜200ナノ秒で完了できる。

その際の消費エネルギーは1ビット当たり2.8ピコジュールに過ぎない。」

一方、OpenLight社は200Gbps変調器において約1.5ピコジュール／ビットという極めて高いエネルギー効率を達成している。

CEO Adam Carter氏によれば、「200G変調器を400Gに置き換えれば、消費電力はさらに半減できる。これこそが異種統合（Heterogeneous Integration）の真価である」と述べた。

同社は本年2月、400Gリン化インジウム（InP）変調器を披露し、顧客がネットワークの帯域幅と密度を大幅に拡張できることをアピールしている。

先進封装が勝敗を左右 ― CPO・光変調が新たな主戦場に

Carter氏は「市場競争の核心は先進封装技術にある」と強調する。

「CPO（共同封止光学）および光変調技術の要求は多様であり、封装仕様、サイズ、スケールのいずれも標準化が進んでいない。

OpenLightの強みは、チップそのものを製造するのではなく、設計者に向けた光学コンポーネントライブラリを提供する点にある。」

OpenLight社は現在、日月光（ASE）グループ子会社のISE社と協業し、CPO向けの封装を進めている。

一方のCelestial社は、チップレット供給モデルを採用し、チップ設計企業に光学チップレットを提供する計画である。

Virk氏は次のように述べた。

「当社は**EIC（Embedded Interposer Carrier）を内蔵した光学チップレットを提供し、顧客はそれを任意のOSAT（外部半導体組立・テスト委託企業）**に持ち込み、最終封装を行うことができる。」

EICは、従来の3D ICよりも低コストでチップレットを多層SoC構造に統合できる技術であり、Celestial社は将来的に、顧客チップへの直接IP統合も計画している。

同社は現在、新アーキテクチャのチップ設計検証を進めており、Virk氏は「これは**世界初の“チップ中央部に光学I/Oを統合した大規模SoC”**になる」と語った。

統合メモリアーキテクチャ ― 「ゲームチェンジャー」となる新設計

Celestial社プロダクトマネジメント担当シニアディレクター Ravi Mahatme氏は、同社の新設計について次のように説明する。

「我々はメモリコントローラをチップの周辺部に配置している。南側に2基のHBM3eコントローラ、東西両側にそれぞれ4基ずつのDDRコントローラを搭載し、合計8基のDDR DIMMをサポートする。

ソフトウェアによってHBMをDDRキャッシュとして動作させ、DRAMアクセス遅延を効果的に隠蔽することができる。」

Mahatme氏はこの設計を「ゲームチェンジャー（Game Changer）」と表現する。

「本構造により**統一メモリ空間（Unified Memory Space）**が形成され、いかなるプロセッサからも即時アクセスが可能になる。

現在、DLRM（Deep Learning Recommendation Model）のモデルサイズは数テラバイト規模に達しており、これまでは複数のXPUを相互接続して分散記憶するしかなかった。

だが本設計により、これらのモデルをローカルに格納し直接アクセスできるようになり、AI推論および学習の構造そのものを変革する可能性がある。」