日進月歩で高速化するコンピューターやスマートフォン。だが、それらの性能を大幅に向上させるのに、大きな壁が立ちはだかっている。マイクロプロセッサーとのデータのやり取りに使われる銅配線の伝送速度に限界があるためだ。こうした難題を解決するため、半導体の電子回路と、データ伝送を光で行う光I/O（入出力）部品とを一つのチップに搭載した初めてのマイクロプロセッサーが、米国の大学で試作された。

　開発にかかわったのはマサチューセッツ工科大学（MIT）、カリフォルニア大学バークレー校（UCバークレー）、コロラド大学ボールダー校の研究者ら。しかも、このチップは、現在のCMOS（相補型酸化金属半導体）の半導体製造プロセスをそのまま活用して製造できることから、商業化の面でも大きな優位性を持つ。将来、データセンターの高速化、省電力化などに貢献するものと期待されている。

　これまでにも、チップ間のデータのやり取りを光接続で行うチップが民間企業も含めて研究開発されてきたが、製造工程が複雑なため実用化が難しく、簡単な回路しかできなかった。それに対して、今回のものは、3X6㎜の大きさのチップに7000万個のトランジスタと850個の光学部品を組み込み、プロセッサーが必要とするロジック、メモリー、光相互接続の機能を盛り込んだ。このチップを使った実際のデモでは、光ファイバーを介してメモリーと接続し、グラフィックスプログラムを実行しながら、3Dイメージを表示したり、操作して見せたという。

　標準的なマイクロエレクトロニクスのプロセス用に、直径10マイクロメートル（マイクロは100万分の1）のマイクロリング共振器といった光部品も設計。チップ自体は、大手半導体製造会社であるグローバルファウンドリーズのニューヨーク州フィッシュキルにある、45ナノメートルプロセスの工場設備をそのまま使って製造した。

　データ伝送性能は1平方mm当たり毎秒300ギガビット（ギガは10億）で、現在使われているマイクロプロセッサーの10-50倍あることを実験で確かめた。開発に携わった研究者の推測によれば、現在のデータセンターに設置されたサーバーで使われるエネルギーの20~30%が、プロセッサーやメモリー間のデータ転送に費やされているため、ワイヤから伝送エネルギーが小さく済む光に置き換われば、省エネ面での利点は大きいという。

　一方で、この研究開発をもとに大学発ベンチャーも生まれており、UCバークレーのエンジニアによってAyar Labsというスタートアップが5月に設立された。早ければ2年後をめどにデータセンター向けの試験版の製品開発を目標にしている。

　さらに、このように半導体と光接続を組み合わせたシリコンフォトニクス技術は、開発中の自動運転車に搭載されているレーザーレーダーのライダー（lidar）はじめ、脳の画像化や環境センサーなどにも応用が可能としている。

　研究成果は、24日発行の科学誌ネイチャーに発表された。