AI の発熱・ボトルネックを解決する「光半導体」に注目…業界の技術開発が加速

AI の発熱・ボトルネックを解決する「光半導体」に注目が集まっている。アマゾン、グーグルなどグローバルビッグテック企業が、AI サーバーの発熱や処理遅延問題を解決する技術として光（フォトニック）半導体に注目しており、半導体業界もこれに合わせて関連技術開発の速度を高めている。光半導体は次世代 AI 半導体市場の「ゲームチェンジャー」になる見通しだ。

　シリコンフォトニクスと呼ばれる光半導体技術は、電気信号をレーザー光に変換して処理・伝送する技術である。従来の半導体では銅配線を通じてデータを伝達していたが、速度が上がると電力消費が増え、データ損失やボトルネックが発生するという問題があった。

　シリコンフォトニクスは光によって遠距離までデータを高速かつ安定的に送ることができる。AI 半導体最大の難題である発熱とボトルネックを同時に解決できる利点がある。最近、ハイパフォーマンス AI データセンターの需要が急速に拡大していることから、AI アクセラレーターの帯域幅を増やし電力問題を解決できる次世代技術として注目されている。

　グローバルビッグテック企業は、関連技術の確保に向けて投資を急拡大させている。アマゾンウェブサービス（AWS）は最近、ASIC 設計企業マーベル・テクノロジーのシリコンフォトニクス製品を2030年末までに自社サーバーへ適用することを決め、マーベル株を最大9,000万ドル分、1株当たり約87ドルで購入できる権利を取得した。AWS は ST マイクロエレクトロニクスとも光トランシーバー半導体の供給契約を結んでいる。

　エヌビディアは、シリコンフォトニクスを基盤とした次世代 AI ネットワークスイッチ「Spectrum-X」と「Quantum-X」を通じて GPU を接続するシステムを披露した。エヌビディアは、こうした技術を活用して AI ファクトリーやスーパーコンピューティングセンターの電力消費と発熱問題を減らし、演算速度を飛躍的に向上させる計画だ。グーグルもデータセンターネットワークの設計に光ベース技術を中核としており、シリコンフォトニクスを含む研究を進めている。

　半導体企業は特に CPO（共同光学パッケージング）技術の開発に注力している。従来はデータの送受信を担うトランシーバーを機器外側に装着していたが、CPO では光トランシーバーをチップ直近に配置し、1つのパッケージとして統合する技術である。これによりデータ処理速度を高め、伝送過程でのボトルネックを解決できる。

　代表的にマーベルが CPO 技術開発を加速している。マーベルはシリコンフォトニクス専門企業 Celestial AI を325億ドルで買収し、関連技術開発にさらに力を入れている。最近ではアナリスト向け説明会を開催し、シリコンフォトニクスおよび CPO 技術ロードマップも公開した。マーベルは2027年までに CPO エンジンを開発し、サンプル出荷を行う計画だ。業界では AWS のデータセンターに関連ソリューションが適用されると見ている。

　ブロードコムも次世代シリコンフォトニクス技術の開発を続けている。ブロードコムは今年、第3世代 CPO を基盤とした「Tomahawk 6」スイッチを発売するなど、データセンターネットワーク向け製品を相次いで出している。ニア・マガリット ブロードコム副社長は、来年4月に米シリコンバレーで開かれる「ISES USA 2026」で CPO を含むシリコンフォトニクス技術を紹介する予定だ。

　半導体ファウンドリー企業も、データセンターの速度を高める CPO 市場の攻略に乗り出している。TSMC は市場の大口顧客であるエヌビディアと組み、商用化に加速している。サムスン電子も CPO の核心人材を確保する一方、グローバル R&D センターを通じて CPO パッケージング技術開発に速度を上げている。業界関係者は「AI 性能が高度化するにつれ、次世代シリコンフォトニクスへの需要も高まっている」とし、「業界でも関連能力強化に乗り出している」と述べた。