ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第835回

電気⇔光変換の最短ルートが判明、TSMC COUPEで実現する“抵抗ゼロ”の光伝送

COUPEの中身が初公開
SoIC-Xで“光化”爆進！

　そのCOUPEの中身として初公開されたのが下の画像である。PICとEICを縦積みした構造であるが、PICが下側に配されるので、まずPICからTSVを使って信号をEICに送り、そこからPICに信号が渡されるという構造になっている。

COUPEの構造。2026年にはインターポーザー上に搭載できるCOUPEをリリースする、としている

　ちなみにこれは第1世代のCOUPEであるが、この先2世代にわたって進化し、最終的には消費電力を現在の10分の1、レイテンシー20分の1にできるとしている。

　第1世代のCOUPEは、2025年3月に開催されたGTCの基調講演の中で、同社のイーサネット・スイッチのSpectrum-Xとインフィニバンド・スイッチのQuantum-XにこのCOUPEが採用されることが明らかにされている。

今年はまずSpectrum-Xが、来年Quantum-Xがそれぞれ発売される。右に明確に"TSMC Photonics Optimizations"と書かれているのがわかる

Photonic Engineの断面図。明確に"COUPE Silicon"と書かれている

　さてやっとVLSIシンポジウムに話が戻ってくるわけだが、今回セッションの中でこのCOUPEの内部構造が明らかにされた。

Modulator(MRM:Micro Rind Modulator)やPD(Photo Detector)はPICのダイの真ん中辺にあるあたり、送受光部(右端)まではSiなりSiNでの導光路を形成するのだろう

　EICはN7プロセスで製造され、TIA(Trans Inpedance Amp)や、OCI側のModulationの制御用ヒーターコントローラー(Ring Modulatorは温度による影響が大きいので、温度管理が必須となる)などが実装されている。一方PICは光信号の送受信などの回路が実装されている。

　特徴的なのは、このEICとPICがSoIC-X(microbumpを使わない、直接接続の3次元実装。AMDの3D V-Cacheと同じ方式)を利用していることである。ほかのメーカーのCPOには見られない特徴として、送受光部はPICの位置にあり、そこからおそらくミラーを利用して垂直方向に曲げ、さらに(オプション扱いのようだが)Micro Lensの実装も可能となっている。

　SoIC-XでEICとPICを接合しているというのは、もう同社のSoIC-Xの製造工程そのままでCOUPEを構築できるということで、もちろんSoIC-Xの製造コストはやや高めではあるものの、実績のあるプロセスということで製造にまつわる問題はそう多くないものと考えられる。

　またSoIC-Xだと最短経路で接続を構築できるし、接続部の抵抗や寄生容量もMicroBumpに比べるとかなり小さくなっているので、性能への影響が低いというPhoto03のグラフも納得だし、垂直接続なのでEICとPICの配線長は最小限に抑えられ、おまけに抵抗と寄生容量が低ければ消費電力が下がるのも当然である。