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English

2015年12月2日

富士通株式会社（注1）（以下简称，富士通）、株式会社富士通研究所（注2）（以下简称，富士通研究所）、Fujitsu Laboratories of America, Inc.（注3）（以下简称，FLA）、技术研究组合 光电子融合基础技术研究所（注4）（以下简称，PETRA）、独立行政法人 新能源产业技术综合开发机构（注5） （以下简称，NEDO）共同开发了以最低功耗实现1Gbps（注6）只需5mW的CPU间高速传送的硅光子技术（注7）。

开发背景

在拥有连接多个CPU的大规模系统的超级计算机和服务器上，因为性能水平的提高，在配备CPU的单元之间传输的数据量持续上升。要改善的服务器和超级计算机的性能，不仅需要提高各个CPU的计算性能，而且还需要提高连接CPU之间的数据传输的速度。服务器和超级计算机整体系统的电力需求量大，但由于对设备供电量的限制，需要实现提高收发器电路的数据传输速度的同时而不增加功耗的技术。

在下一代高性能超级计算机希望配置的以硅光子为基础的光学收发器技术中，因为光子的实用传输速度极限是25 Gbps，所以需要对包括光子以及运行光子的多个并行的光学收发器的电子电路进行整体考虑。CPU之间的数据传输的速度每4年增加2倍。因此，在保持功率不变的情况下，要实现这一目标，必须使光收发器电路的功耗削减一半（图1）。

课题

通常情况下，以25 Gbps进行高速光传输，需要比一般CPU和其它电子电路所需的正常电压0.9伏（V）高3V的电压，才能进行光子操作。因为驱动光子的传输电路需要较高电压，使光子产生高幅的信号，实现高速传输，所以要降低其功耗比较困难。相反，如果为了实现低功耗，使用与CPU相同的低电压0.9V运行光学器件时，只能实现1 Gbps的低速运行（图2）。

开发的技术

现在，只有当从CPU发出的信号由-1变为+1时，放大传输信号，目前已经成功实现了间断地产生1.8 V振幅。因此，所提供的电源电压为1.8 V ，低于之前所必需的3.3 V，因为在数据不变时，使用小振幅不用电力，实现更低的功耗。

该技术背后主要原理是，所传送的数据与延迟传送的数据乘以-α（0 <α< 1）后结合 ，从而当发送数据从-1变到1时 ， 1被放大到+ 1 +α 。另一方面，当传输数据的从1变化到-1时，-1可以进一步扩增到-1 -α（图3） 。该技术同时实现更高的传输速度和更低的功耗，已经确认，实现25 Gbps的高速传输时所需的能耗为原来的一半，实现每1 Gbps传输仅耗电5mW（图4） 。

效果

本技术在减少功耗的同时，通过并行使用多个光收发器电路，实现TBits/s级别的数据传送。因此可以实现服务器和超级计算机的高性能化。

今后

富士通研究所将把此次开发的技术用于CPU和光模块的接口，在2018年度实现实用化。并且，还将探讨将该技术应用于下一代的高性能服务器和超级计算机上。

注释

注1 富士通株式会社：

社长 田中达也
总公司所在地 日本东京都港区

注2 株式会社富士通研究所：

社长 佐相秀幸
总公司所在地 日本神奈川县川崎市

注3 Fujitsu Laboratories of America, Inc.：

美国Sunnyvale, CA、President & CEO 木村康則。

注4 技术研究组合 光电子融合基础技术研究所（PETRA）：

理事长 大槻次郎
本部 日本东京都文京区

注5 独立行政法人 新能源产业技术综合开发机构（NEDO）：

理事长 古川一夫
本部 日本神奈川县川崎市

注6 1Gbps：

是指1秒钟传送1G位的数据。

注7 硅光子：

在硅衬底上生成光子的技术。通过使用硅可以使光学电路做得更小，从而实现大规模集成。还有，可以将光学电路和电子电路一次成型，具有降低制造成本的优点。