OCP 2025: FiberMall、1.6T以上のDSP、LPO/LRO、CPO技術の進歩を展示

人工知能（AI）と機械学習の急速な進歩により、データセンターにおけるより広い帯域幅への需要が急務となっています。OCP 2025において、FiberMallはAIアプリケーション向けトランシーバーDSP、LPO（リニアプラガブルオプティクス）、LRO（リニアレシーバーオプティクス）、CPO（コパッケージオプティクス）技術の進歩について複数のプレゼンテーションを行いました。議論は、消費電力、エネルギー効率、光学性能といったパフォーマンス指標に焦点を当てていました。

FiberMallは、CPOアーキテクチャにおける光コネクタおよび光ファイバーコンポーネントについて、CPO/NPO光エンジン（OE）、ELSFPモジュール、光コネクタ、パネル、ミッドボードソリューション、各種光ファイバーアセンブリなど、包括的なサポートを提供しました。さらに、同社はチャネルあたり400Gbpsを実現する2つの潜在的な技術、InP-EML技術と薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）技術を研究しています。総じて、プレゼンテーションの内容は綿密で有益なものでした。

AIデータセンターにおける帯域幅とエネルギー効率の需要の高まり

AIと機械学習の進化により、より広い帯域幅へのニーズが加速しており、1レーンあたり224Gbpsが重要なベンチマークとして台頭しています。一方、世界のデータセンターの電力消費量は大幅に増加しています。速度別に分類されたイーサネットトランシーバーの販売量と、2020年から2030年までの各種機器のベースライン電力消費予測は、エネルギー効率の向上が不可欠であることを浮き彫りにしています。

増大する計算能力とデータ トラフィックに対処するために、優れたエネルギー効率を達成しながら帯域幅を強化することが、データ センターの設計と運用における中心的な課題になっています。

AI相互接続のための光ソリューション：DSP、LPO、LRO

AI 相互接続における光学方式は、主に次のカテゴリに分類できます。

1. フルイコライゼーションDSPプラグインモジュールこれらは、多様な動作環境において堅牢な信号整合性と汎用性を提供します。成熟した診断・監視機能と、実証済みのマルチベンダー相互運用性を備えており、大規模導入における信頼性を確保します。ただし、DSP処理により消費電力が増加し、レイテンシも増加します。
2. LPO（リニアプラガブルオプティクス）LPOはDSP処理を排除することで、モジュールの消費電力を最小限に抑え、設計を簡素化し、動作温度を低く抑え、最大限の効率と最小限のレイテンシを実現します。監視機能は制限されているため、パフォーマンス保証にはより厳格なリンクエンジニアリングが必要です。LPO MSA仕様では、マルチベンダー間の相互運用性がサポートされています。
3. LRO（線形受信光学系）このアプローチは、消費電力と堅牢性のバランスをとっています。完全なDSPソリューションと比較して、LROは消費電力とレイテンシを大幅に削減します（ただし、LPOよりもレイテンシは高くなります）。同時に、適度なモニタリング機能と、純粋なLPOよりも優れた信頼性を提供します。エコシステムは成熟しつつあり、1.6Tシステムで実現可能性が検証されています。

これら 3 つのプラグ可能な光オプションはそれぞれ異なる利点を備えており、電力、伝送距離、帯域幅に関する AI システム要件に基づいてターゲットを絞った選択が可能になり、相互接続パフォーマンスを最適化できます。

さらに、光デバイスをASICチップと共パッケージ化することで、相互接続損失が大幅に削減され、帯域幅が飛躍的に向上します。リニア／ダイレクトASIC駆動方式を採用することで、消費電力が低減し、応答遅延も短縮されます。しかし、この高度に統合されたアプローチは、メンテナンス、信頼性、製造プロセスにおいて新たな課題をもたらし、設計と製造の両面で同時に検討する必要が生じます。

AIアクセラレータの消費電力の内訳

AIアクセラレータの電力構成では、光モジュールが約49%と最も多く、次いでASICが28%、ファンが10%、ASIC SerDesが13%となっています。

400,000 個の GB300 GPU のクラスターの場合、光モジュール タイプ間の消費電力の比較は次のようになります。

• DSPベースのモジュール：合計492MW
• LPO: 2%削減して480MW
• CPO: さらに10%削減して434MW

主要コンポーネントへの正確な電力割り当てと継続的なエネルギー効率の改善により、大規模な AI システムは大幅に優れたエネルギー利用を実現できます。

3nmプロセスで製造されたDSPは、優れた性能を維持しながら、5nmバージョンと比較して大幅な消費電力削減を実現します。LRO技術とLPO技術を統合することで、エネルギー消費量をさらに削減し、スケーラブルなAIコンピューティングに卓越した効率性をもたらします。

パフォーマンス指標: 電力とエネルギー効率

800G DR8 プラットフォームの場合:

• DSP: 13 W 電力、16.3 pJ/ビット効率
• LRO: 8.5 W 電力、10.6 pJ/ビット効率
• LPO: 7.5 W 電力、9.4 pJ/ビット効率

1600G 2×DR4 プラットフォームの場合:

• DSP: 21 W 電力、13.1 pJ/ビット効率
• LRO: 15 W 電力、9.4 pJ/ビット効率
• LPO: 10 W 電力、6.3 pJ/ビット効率

これらの図は、帯域幅に応じて電力が増加する一方で、エネルギー効率はさまざまな程度に向上し、LPO は高帯域幅のシナリオで最も顕著な利点を示すことを示しています。

LROは、1.6 Tb/s OSFP224 2×DR4および1.6 Tb/s OSFP224 3 nm DSP+DR8構成において優れた性能を発揮しました。全8チャネルのビットエラーレート（BER）は1e-4を大きく下回り、生産レベルの信号整合性を実現しています。

800G DR8モジュールからファン速度を50%、75%、100%に設定して収集した2,200個のデータポイントに基づく電力と温度の分析により、LPOが冷却システムのエネルギー需要を大幅に削減することが明らかになりました。従来のDSPトランシーバーと比較して、LPOは同一条件下で放熱温度を約15°C低減し、優れたエネルギー効率と熱管理を実現します。

1.6 Tbit/s OSFP224 DR8 LPOの初期テストは、次世代1.6TイーサネットLPOアプリケーションへの準備が整っていることを示しています。厳格な検証により、このモジュールは高速伝送、BER、電力制御における設計目標を満たすか上回っていることが確認され、超大容量イーサネットリンクの信頼性と拡張性が確固たるものとなりました。

FiberMall は、1.6 Tb/s OSFP224 2×DR4 のエンドツーエンドの検証を完了し、すべてのチャネルで仕様を大幅に下回る BER を示し、大規模展開の準備が整ったことを示しました。

FiberMallは、1.6 Tbps OSFP224のサポートを2×VR4（短距離）および2×FR4（中距離）リンクに拡張します。詳細なアイダイアグラム解析により、設計の早期成熟度と高いリンク安定性が実証され、短距離AIコンピューティングクラスターから長距離スパインリーフ型相互接続まで、包括的なカバレッジを目指しています。

CPOアーキテクチャの包括的なサポート

CPO フレームワークに基づき、FiberMall は、CPO/NPO OE、ELSFP、光コネクタ、パネル、ミッドボード ソリューション、さまざまなファイバー アセンブリなど、光コネクタとファイバー コンポーネントの包括的なサポートを提供し、高い信頼性と優れたパフォーマンスを保証します。

FiberMallは、高度な光ファイバー接続および管理ソリューションも提供しています。ミッドボード設計では、マルチファイバー相互接続にMTテーパードフェルールコネクタを採用し、スイッチ内部の光ファイバー管理を簡素化し、破損リスクを低減し、ルーティングの柔軟性を向上させます。

フロント パネルは、高密度アプリケーション向けの MMC や SNMT などの Very Small Form Factor (VSFF) オプションとともに、従来の MPO インターフェイスをサポートします。

繊維管理において：

• カセットベースのプレモールド型コンパクト設計による非交差ファイバー ルーティングにより、設置とメンテナンスが簡単になります。
• 革新的な交配/混合ソリューション:
  • 2Dフレキシブル基板配線: 自動化された配線、限られたスペースでの複雑な配線を可能にするコンパクトな多層スタッキング、迅速な組み立てとメンテナンスを可能にするプレモールドモジュラー設計。
  • 3Dマトリックスルーティング: 接合不要、高性能、信頼性の高い光ファイバー ケーブル。

FiberMallのCPO/NPO光エンジンは、超高密度光I/Oを実現するシリコンフォトニクストランシーバを統合しています。初期仕様は3.2T（32×100Gbps）を目標としており、6.4T（32×200Gbps）までシームレスに拡張可能です。寸法はOIF規格に準拠し、電気インターフェースは拡張OIF規格に基づいており、幅広い互換性を実現しています。光ファイバー終端にはMPOピグテールを使用し、アプリケーションごとにカスタマイズ可能です。このシステムは、FiberMallの2.5D/3Dフリップチップパッケージングプラットフォームを活用し、信頼性の高い高密度カプセル化と優れた熱性能を実現しています。

展示ブースでは、FiberMall が 25 dBm 出力の ELSFP モジュールを実演しました。

1. OIF バージョン（ベータ サンプル）: OIF ELSFP フォーム ファクターに準拠し、ユニバーサル光/電気インターフェイスとデュアル MT ポートを備えています。1310 nm 帯域の DR アーキテクチャ、4/8 チャネル (1304.5～1317.5 nm)、SMSR ≥ 40 dB、RIN ≤ -147 dB/Hz、PER 最大 16 dB を備えています。VHP、UHP、および SHP 電力クラスで利用できます。
2. カスタムバージョン（開発中）: カスタマイズされたフォーム ファクターとパススルー アプリケーションをサポートし、マルチ波長 WDM 方式と互換性があります。

このソリューションは、要求の厳しい高速相互接続および多波長伝送に対応する高出力、広帯域幅、低ノイズのパフォーマンスを提供します。

光路設計では、高い結合効率、優れたPER、そして最小限の反射損失を重視しています。PCB設計では、電力変換効率と超低ノイズに重点を置きます。熱設計では、レーザーとケース間の熱抵抗を低減し、放熱性を向上させて長期的な信頼性を確保します。

チャネルあたり400 Gbps以上への道

チャネルあたり 400 Gbps 以上の速度を追求する上で、FiberMall の研究は、2 つの主要な光電子デバイスのブレークスルーに重点を置いています。

• InP-EAM: 約 120 GHz の 3 dB 帯域幅を実現します。
• シリコンベースの TFLN 変調器: 低損失 (~0.2 dB/cm) および低結合損失 (~1 dB/ファセット)、~115 GHz 3 dB 帯域幅、0.8 Vpp 駆動で 4.5 dB ER。

これらの進歩により、次世代の超高速光相互接続における効率と信号の整合性が向上します。

CPOおよび高出力レーザーの市場展望

業界のコンセンサスでは、CPOの導入は「N+2」期間（「N」は現在の年）に行われると示唆されています。これを受けて、CPOポート（400G、800G、1.6T、3.2T）の出荷量は急速に増加し、2030年までに市場規模は約5.4億ドルに達すると予測されています。

CPOレーザーチップの需要も同時に増加し、2030年の市場規模は約6億5,000万ドルに達すると予想されます。高出力チップ（500mW超）はシェアの80%以上を占めると予想され、大容量光インターコネクトの要となるでしょう。

結論: スケーラブルでエネルギー効率の高いAIインフラストラクチャの実現

AIコンピューティングの規模が拡大する時代において、帯域幅と電力制約は主要なボトルネックとなっています。厳しい電力予算内でより高いスループットを実現するには、AIクラスターのスケーリングはより効率的な伝送ソリューションに依存します。

現在のトランシーバーオプション（DSP、LPO、LRO、CPO）は、距離、効率、統合において様々なトレードオフを提供しています。LPOは800Gbpsおよび1.6Tbpsで成熟しており、パフォーマンス目標を達成しながら大幅な消費電力削減を実現しています。光エンジン、外部レーザー光源、ファイバーコンポーネントで構成されるCPOシステムは、大規模導入に向けて成熟期に近づいています。

DSP、線形光学、CPO を組み合わせることで、スケーラブルでエネルギー効率に優れた AI インフラストラクチャの基盤が形成され、将来のより高い計算能力の需要に対応できます。