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高解像度ビデオストリーミング、仮想現実、モノのインターネット（IoT）、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、および人工知能／機械学習（AI/ML）がデータ需要を爆発的に増加させています。その結果、世界中のネットワークやデータセンターが、帯域幅の拡大、遅延の低減、消費電力の削減を実現しなければならないという増大するプレッシャーに直面しています。
AI駆動型データセンター向けの先進的な光データ接続チップを開発することで、これらの課題に取り組んでいるのが、カイロに本拠地を置く革新的な半導体スタートアップ企業であるInfiniLink社です。同社は、アナログミックスドシグナル設計とシリコンフォトニクスに関する深い専門知識を活かし、集積光トランシーバチップレット集積（iOTC）を設計しています。AIワークロードやデータ集約型アプリケーションの増加に伴い、従来の電気および光インターコネクトが電力効率とスケーラビリティの面で限界に達しつつあります。InfiniLink社のiOTC技術は、低消費電力のプラガブルトランシーバモジュールと高帯域幅密度のCPO（Co-packaged Optics）エンジンの両方を実現する画期的なソリューションです。
データセンターの光インターコネクトでは、並列データをシリアル信号に変換し、またその逆の変換も行う高速電気インターフェースであるシリアライザー／デシリアライザー（SerDes）が用いられています。これはホスト側で動作し、少数の高速シリアルレーンで高いデータレートを実現します。SerDesが光エンジンに接続することで、このエンジンがファイバー経由の伝送に必要な実際の電気-光（E/O）および光-電気（O/E）変換を実行します。
InfiniLink社のCTO兼共同創設者であるBotros George氏は次のように述べています。「当社の使命は、次世代のAIデータセンター内でデータ接続を実現し、最先端の帯域幅密度とエネルギー効率を備えた、超高速かつ低消費電力の集積光エンジンに対する市場の需要に応えることです。」
InfiniLink社は、高度なパッケージング技術によって、シリコンフォトニクスとアナログミックスドシグナルコンポーネントを組み合わせた高集積光トランシーバチップレット集積を開発しています。こうした高度な光エンジンを実現するには、多分野にわたるモデリングとシミュレーションを通じて、設計の最適化とシステムレベルの検証を行うことが不可欠です。
最適なツールの選択
InfiniLink社は、中東に拠点を置くAnsys Apex Channel PartnerであるFluid Codes社のサポートを受けて、2022年にAnsysスタートアッププログラムに参加しました。このプログラムを通じて、業界をリードするシミュレーションツールを導入し、Ansysの光学、フォトニクス、電磁界ソフトウェアを最大限に活用しています。同社がこのプログラムを通じて活用した製品には、高周波電磁界シミュレーションソフトウェアであるAnsys HFSS、高度な3D電磁界シミュレーションソフトウェアであるAnsys Lumerical FDTD、フォトニック集積回路設計およびシミュレーションソフトウェアであるAnsys Lumerical INTERCONNECTなどがあります。
幅広いアクティブ／パッシブフォトニクスコンポーネントの設計に役立つこれらのツールにより、同社は、カスタムフォトニクスプロセス設計キット（PDK）を構築し、標準的なファウンドリPDKに欠落している要素を最適化、置換、または補完することができました。
プラガブルオプティクスおよびCPOにおけるInfiniLink社のiOTC技術
多分野にわたる複雑な設計課題への取り組み
さらに、George氏と彼のチームは、多分野にわたる非常に複雑な課題をモデル化する上で、Ansys, part of Synopsysのツールセットが不可欠であることが実証されたと説明しています。その一例として、マイクロリング変調器（MRM: Micro Ring Modulator）における高光入力時の非線形性と自己発熱のモデリング、およびこれらが多値変調方式であるPAM4に及ぼす影響の評価が挙げられます。こうした包括的なモデルにより、斬新なソリューションが導き出されました。
MRMにおける高出力非線形性および自己発熱効果の簡略化されたモデリングフロー
もう1つの重要なユースケースは、進行波型マッハツェンダー変調器（TW-MZM）の設計最適化であり、その際には、LumericalとHFSSを組み合わせて使用し、変調器電極の電磁界特性と変調器出力の光学性能との相互作用を捉えました。
進行波型TW-MZMのマルチフィジックスモデリング
HPCによって設計サイクルを加速
Ansysのツールは、多分野にわたる複雑なモデリングにとどまらず、GPUでシミュレーションを高速化するなど、強力なHPC機能ももたらしました。この高い計算性能により、さまざまなアーキテクチャの広範な設計空間を探索して、個々の設計の歩留まりを最適化することが可能となり、シミュレーション時間を大幅に短縮すると同時に、コンポーネントレベルとシステムレベルの両方でより深い知見を得ることができました。
光接続の未来を切り開く
George氏は次のように述べています。「このような多分野にわたるシミュレーションフローと、Ansysツールの高速化された計算能力の組み合わせにより、当社のモデルが、問題のより深い理解につながり、高度に最適化された革新的なソリューションの開発が実現しました。これは、当社の製品開発サイクルを大きく変革するものです。」
AIワークロードとクラウドインフラストラクチャの拡大が続く中、高速で消費電力が低いデータ接続ソリューションに対する需要は加速の一途をたどっています。InfiniLink社は、AnsysのシミュレーションツールとFluid Codes社の継続的なサポートを原動力に、未来のAI駆動型データセンターを支える次世代の集積光エンジンを設計し、技術開発の最前線で革新を推進しています。
Ansysスタートアッププログラムの詳細については、こちらをご覧ください。
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