クラウドを基盤とした各種サービスが普及し、データセンターで処理するデータ量は年々増加している。データセンター内の各種サーバーを接続するネットワークスイッチにはスイッチ用ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）が搭載されている。データ量の増加に対応するため、ＡＳＩＣの処理能力はムーアの法則を上回る速さで向上している。今後、ＡＩの学習に特化したサーバーの導入もあり、処理量の増加に拍車がかかると予想される。データ処理の高速化を実現し、それに伴う消費電力の増加を抑制する技術として、光スイッチが有望視されている。

２０２２年８月、大規模なデータセンターを運用するＧｏｏｇｌｅは、従来の電気スイッチを光スイッチに置き換えて一部のデータセンターを運用していることを発表した。従来比で５倍の高速で動作させながら、消費電力の４割削減を達成した。

光スイッチにはさまざまな種類があり、それぞれに特徴がある。Ｇｏｏｇｌｅが使用しているのは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを用いた方式である。微細加工により、半導体チップ上に作製したミラーに高電圧を加えて、機械的に光の経路を切り替えている。この光スイッチは１００個以上の光経路を低い光損失で取り扱うことができるが、切り替え時間に１０ミリ秒程度を要し、機械的に動作するため長期信頼性や大量生産性に課題がある。

産業技術総合研究所（産総研）ではこの課題の解決のため、シリコンで作製した光集積回路により、マイクロ秒（マイクロは１００万分の１）で切り替え動作する高速光スイッチの研究開発を行っている。これは光回路上に集積したマイクロヒーターで光経路を切り替えるため、機械的に動作する部分がなく、長期にわたって信頼性が高い。また、半導体と同様な手法で大量生産できるため、製造コストも低い。この方式の光スイッチを産総研は世界に先駆けて実証して以来、世界で常に先導的な立場にある。

産総研　プラットフォームフォトニクス研究センター　フォトニクスシステム研究チーム　主任研究員　鈴木恵治郎
大学院生時代に出会った、シリコンを材料として光集積回路を作製する技術は、究極的に高密度な光回路を実現できる手段だと考えている。そこに面白さを感じ、自身の研究の軸としている。光スイッチに限らずさまざまな光デバイスの集積化を進めている。