これまで光トランシーバ業界では、原価基準を引き下げるために、スケール メリットのみを頼りに全光サブアセンブリ サプライ チェーンのサプライヤ ボリュームを増やしてきました。これは、数千億ドル規模のシリコン エレクトロニクス サプライ チェーンとはまったく対照的です。シリコン エレクトロニクス業界では、共有の設計手法、自動化されたウエハー製造、共有のパッケージング アプローチ、共通のテスト インフラストラクチャを活用して、コンピューティングおよびネットワーク機器の比類ないスケール メリットを実現しています。一方、光トランシーバ業界では、細分化された設計手法、寡占化されたウエハー製造、専用パッケージング、労働集約的生産に基づく家内工業により、スケール メリットが制限されています。
シリコン エレクトロニクス サプライチェーンと同じメリットを享受するには、光トランシーバ業界には、コストとパフォーマンスの両面で他のネットワーク業界とともに拡張できる新しい製造アプローチが必要です。
ジュニパー独自のシリコン フォトニクス アプローチ
ジュニパーネットワークスは 20 年にわたり、業界屈指のルーティング ソリューション、スイッチング ソリューション、セキュリティ ソリューションを提供するエンジニアリング能力に注力し、基本原則「後世のためにビット当たりのコストを下げること」を守ってきました。これはルーティング、スイッチング、セキュリティの開発プロセスにおける重要な信条となっていますが、それらを相互接続する光ファイバーのビット当たりコストの削減は外部市場の力に依存していました。この問題を認識したジュニパーは、2016 年にシリコン フォトニクス技術の破壊的イノベーターである Aurrion, Inc を買収しました。
Aurrion の買収の意図は、ご存知のとおり、光ネットワーク分野に大きな影響を与えるための道筋を示すことでした。シリコン フォトニクスは、シリコン エレクトロニクス エコシステムの設計手法と、ウエハー製造アウトソーシングを活用して光コンポーネント レベルでスケール メリットを実現する画期的な技術です。ジュニパーのアプローチで独自の点は、光トランシーバのすべてのフォトニクス要素を（最も重要なレーザーと探知器も含め）、単一のシリコン フォトニクス金型に統合することです。そのために、リン化インジウム材料をシリコン ウエハーのシリコン プロセス フローに統合します（ジュニパーの重要な知的財産）。これにより、既存のシリコン フォトニクス技術の基本的な欠陥（チップ上でライトを増幅または生成できないこと）が解決されます。
すべての光コンポーネントを単一の共通シリコン金型に統合できるようになったことで、光トランシーバの組み立てやテストの方法が根本的に変わって簡素化され、コストが大幅に削減されました。ジュニパーのシリコン フォトニクス プラットフォームは、それを構成する知的財産により、市場の他のシリコン フォトニクス プラットフォームと一線を画しています。
- 金型レベルでは、ジュニパーのシリコン フォトニクス集積回路には光ループバック スイッチが含まれており、トランスミッタをレシーバーに直接接続できます。そのため、標準のエレクトロニクスベース ウエハーレベル テスト機器を使用して製造プロセスで光回路全体をテストすることが可能です。最終組み立ての前にこれらのテストを実施すると、テスト エスケープを回避し、既知の優れた金型を特定して、生産性を劇的に高めることができます。ネイティブの光ループバック スイッチは、製造の生産性に役立つだけでなく、プラガブル光ファイバーがライブ ネットワークに展開されている場合のインサービス診断に利用することが可能です。通信事業者はネットワーク問題のリモート トラブルシューティングに活用できます。
- 「Opto-ASIC」トランシーバ パッケージ レベルでは、ジュニパーのシリコン フォトニクス金型が他の電子 ASIC とともにフリップチップ実装されており、低コストの単一のBGA（ボール グリッド アレー）基板上にトランシーバが構成されます。これにより、トランシーバの配置方法や配置場所を極めて柔軟に決められます。標準の BGA パッケージ サイズを採用したトランシーバ パッケージは、確実なシリコン テスト手法により、既存のシリコン製造プロセスに容易に適応します。厳しい生産レベルを維持しながら、総コストをさらに削減して、シリコン フォトニクス光ファイバーを市場に投入できます。
- モジュール レベルでは、完全統合型シリコン フォトニクス プラットフォーム トランシーバを使用することで、表面実装型トランシーバ パッケージと DC-DC 電圧変換器のみの実装が必要な簡素化されたプリント基板設計が可能になります。トランシーバ パッケージへの光ファイバー接続は、クリップではめ込める再接続可能なコネクターにより、簡単に行えます。生成されるモジュール アーキテクチャは、組み立てが簡単で、シリコン フォトニクス プラットフォームによってさらにコストを削減できるというエンジニアリングの簡素化の例でもあります。
図 1：ジュニパーネットワークスのシリコン フォトニクスにより、「Opto-ASIC」が実現。完全統合型トランシーバ パッケージ（左）、表面実装されたモジュール基板（中央左）、モジュール ハウジング内に配置された基板アセンブリと光ファイバー（中央右）、最終的な QSFP モジュール アセンブリ（右）
ジュニパーのシリコン フォトニクス技術には、システム統合に関する深い専門知識が活かされています。そのため、光ファイバーのプラガブル トランシーバ モジュールにおけるシリコン フォトニクス プラットフォームのパッケージ化が可能になり、どのルーティング プラットフォーム、スイッチング プラットフォーム、セキュリティ プラットフォームで使用した場合でもすべての標準準拠仕様を満たすことができます。このコンプライアンス検証のレベル アップにより、現在展開されている、または将来展開されるあらゆるベンダーのネットワーク機器との完全な相互運用性がトランシーバ モジュールにもたらされます。顧客はジュニパーのシリコン フォトニクスベース トランシーバをネットワークのどの場所にも展開し、完全に相互運用性のあるトランシーバを安心して利用することができます。
シリコン フォトニクスの今後の用途
ジュニパーのシリコン フォトニクス技術は、設計、ウエハー製造、パッケージ化、テスト インフラストラクチャ、エレクトロニクス エコシステムの手法を利用した、光ファイバー製造に対する完全に新しいアプローチを提供することで、最も高度で経済性に優れたネットワーク製品を実現します。5G、8K ビデオ、AR/VR など新しい用途が市場に導入されるに伴い、ルーターまたはスイッチごとの帯域幅の要件は、ネットワークのベンダーがこれらのネットワーク要素の設計方法を見直さざるを得ないほど高まります。ジュニパーの完全統合型「Opto-ASIC」トランシーバは、低コストの単一パッケージに電気およびフォトニクスの金型を密にパッケージ化できる機能を備えた新しいアプローチを提供しており、既存のモジュール筐体（QSFP、QSFP-DD、OSFP、COBO）へのパッケージ化には依存しません。ネットワーク プロセッサー チップのパケット処理機能は飛躍的な向上を続けていますが、その大量の帯域幅をネットワーク プロセッサーの内外に電子的にプッシュする能力は、シャノンの法則におけるレンガの壁にぶち当たっています。私たちは明らかな転換点に達しつつあり、ネットワーク プロセッサーのスループットを増やすには、フォトニクスをネットワーク プロセッサーと同じパッケージに直接統合するしか方法がありません。
ジュニパー独自のシリコン フォトニクス技術は、Penta シリコンや Triton シリコンだけでなく、当社の将来のパケット転送エンジンとも統合できるため、ラインカードおよびシステム レベルで完全に新世代のスケーリング性能を提供し、1 秒当たり数ペタバイトの合計システム容量を実現できます。ジュニパーのシリコン フォトニクス技術とネットワーク プロセッサーを組み合わせることで、システム レベル容量の増加、電力消費量の抑制、パフォーマンスの向上が無限になります。
図 2：QSF56-DD モジュールにパッケージ化された 400 GbE Opto-ASIC（左上）、COBO モジュールの 400 GbE x 2（右上）、スイッチ シャーシに統合された 400GbE x 64 オンボード光ファイバー配列（前面に 32、背面に 32）（左下）、最大帯域密度を実現するためにパケット フォワーディング エンジン（PFE）と組み合わせてパッケージ化された Opto-ASIC（右下）
