シリコンフォトニクス革命――AIやデータセンターを変革する光速テクノロジー

• シリコンフォトニクスは、シリコンフォトニック集積回路（PIC）を用いて光を操作し、データ処理や通信を行う技術であり、100 Gb/sや400 Gb/sといった速度でオンチップおよびチップ間の接続を可能にします。
• 爪ほどの大きさのシリコンフォトニックチップには数十のレーザーチャンネルを搭載でき、高密度波長分割多重（DWDM）によりテラビット級のデータを運ぶことができます。
• データセンター間接続は、消費電力が少なく高密度な光リンクの恩恵を受けており、統合型光I/Oを備えた51.2 Tb/sのスイッチングチップなどのプロトタイプも実証されています。
• 2024年、Ayar Labsは16波長を用いて8 Tbpsの帯域幅を実現する光チップレットを発表し、2024年後半のシリーズDでNvidia、AMD、Intelが参加し1億5500万ドルを調達、評価額は10億ドルを超えました。
• Intelは2016年以降800万個以上のフォトニックトランシーバーチップを出荷した後、2023年末にその製造をJabilに委託しました。
• InnoLightは2023年末に1.6 Tbpsの光トランシーバープロトタイプを発表し、2026年までに3.2 Tbpsモジュールが登場する見込みで、マルチテラビットリンクが近づいています。
• 米国AIM Photonics研究所は、2028年までの7年間で3億2100万ドルのプログラムを受け、米国内での集積フォトニクス製造を推進し、ニューヨークにシリコンフォトニクスのファウンドリーとパッケージングラインを実現します。
• 2023年、Broadcomは統合型レーザーフォトニックエンジンを備えた25.6 Tbpsおよび51.2 Tbpsのコーパッケージドオプティクススイッチプロトタイプを実証しました。
• Lightmatterは2024年のシリーズDで4億ドルを調達し、光AIアクセラレータープラットフォームの開発資金とし、PsiQuantumは2024年にOmegaチップによる損失耐性フォトニック量子コンピュータへの道筋を公表しました。
• アナリストは、シリコンフォトニクス市場が2035年までに約540億ドルに達し、そのうち約110億ドルが非データ用途から生まれると予測しており、主にAIデータセンターの需要が牽引しています。

シリコンフォトニクスとは何か、どのように機能するのか？

シリコンフォトニクスは、シリコンベースのフォトニック集積回路（PIC）を使って光（フォトン）を操作し、処理や通信を行う技術です。簡単に言えば、電子回路と同じようにシリコンチップ上に光デバイス（レーザー、変調器、検出器など）を作ることを意味します。これらのシリコンフォトニックチップは光を使ってデータの送受信ができ、超高速データ転送と高帯域幅、低エネルギー損失を実現します^[1]。主な構成要素は、ウェーブガイド（チップ上で光を導く微小な光の“配線”）、変調器（光ビームにデータを載せる）、レーザー（シリコン自体は発光できないため他材料で追加）、フォトディテクタ（受信した光を電気信号に変換）などです^[2]。これらをシリコンプラットフォーム上に集積することで、エンジニアは確立された半導体製造技術（CMOS）を活用し、フォトニックデバイスを大量生産できます。光の速さと現代のチップ製造のスケールを組み合わせることができます^[3]。

どのように機能するのか？ 銅線内の電気パルスの代わりに、シリコンフォトニック回路はミクロンサイズの導波路を通る赤外線レーザー光を使用します。シリコンは赤外線波長に対して透明であり、シリコン酸化物などの屈折率の低い周囲材料によって閉じ込められることで、光は最小限の損失で伝搬できます^[4][5]。データは、光の強度や位相を高速で変化させる変調器によって、これらの光波にエンコードされます。反対側では、チップ上のフォトディテクタが光信号を再び電気信号に変換します。光は電気信号よりはるかに高い周波数で振動するため、光インターコネクトは電気配線よりもはるかに大量のデータを1秒あたりに運ぶことができます。1本の小さなファイバーや導波路で数十～数百ギガビット毎秒の伝送が可能であり、複数の波長の光（高密度波長分割多重）を使えば、1本のファイバーでテラビット級のデータを運ぶことができます。実際には、シリコンフォトニクスは、100 Gb/s、400 Gb/s、あるいはそれ以上の速度でのオンチップまたはチップ間通信を可能にし、これは多くの銅線を必要とするか、長距離ではそもそも実現不可能なものです^[6][7]。

シリコンフォトニックデバイスは、小型、高速、かつ省エネルギーです。光は導波路内を非常に低い抵抗で伝搬でき（高速度での銅のような電気容量や発熱の問題がありません）、データ移動の消費電力を低減できる可能性があります。ある分析では、光インターコネクトはデータボトルネックを劇的に緩和し、高性能システムの発熱を減らせると指摘しています――「シリコンフォトニクスによって実現される光インターコネクトこそが、爆発的な帯域幅需要に対応する唯一のスケーラブルな道である」と述べられています^[8]。要するに、シリコンフォトニクスは、低コストで大量生産可能なシリコンチッププラットフォームと光の物理を融合し、チップ上に「フォトンの回路」を作り出します^[9]。この技術により、従来のエレクトロニクスが限界に達している場面でも、文字通り光の速度でデータを移動させることが可能になります。

シリコンフォトニクスの主な応用分野

シリコンフォトニクスは光ファイバー通信から始まりましたが、現在では多用途なプラットフォームとして、さまざまな最先端分野で利用されています。その高速性と省エネルギー性から、大量のデータをやり取りする（または光を精密に制御する）必要がある分野はすべて候補となります。主な応用例をいくつか挙げます：

データセンターと高速クラウドネットワーク

最も重要な応用例の一つは、データセンターやスーパーコンピュータ内部であり、ここでシリコンフォトニクスは、より高速で効率的なインターコネクトへの緊急のニーズに対応しています。現代のクラウドおよびハイパースケールデータセンターは、サーバー間、ラック間、キャンパスネットワーク全体で膨大なデータフローを処理しています。銅線ケーブルや従来の電気スイッチは、ますますボトルネックとなっており、消費電力が多すぎたり、特定の距離や速度（例えば100Gb/sの銅線リンクは数メートルしか機能しない）を超えて拡張できません。シリコンフォトニックインターコネクトは、光ファイバーとオンボードの光エンジンを使用して、サーバーやスイッチを非常に高速かつ最小限の損失で接続することで、これを解決します。シリコンフォトニクスベースの光トランシーバーは、ラック間やラック内通信のために、すでに電気接続を置き換えたり補強したりしています^[10]。

シスコとインテルはこの分野の先駆者です。シスコは現在、ネットワーク機器を接続するためにシリコンフォトニクスを用いた高速プラガブル光トランシーバーを設計しています^[11]。同様にインテルも、シリコンフォトニクスを活用してデータセンターの接続性を向上させており、1億個以上の100G光トランシーバーチップを出荷し、現在は200G、400G、そして800G光モジュールのサンプリングを進めています^[12]。その動機は明確です――データレートが100Gから200G、400Gへと倍増するにつれて、銅線の到達距離は劇的に短くなります。「今日データセンターに入ると、サーバーとトップオブラックスイッチを接続する100Gb/sの銅ケーブルが見られます…これらのケーブルは4メートル程度までは問題ありません。しかし、ラックを超えるすべての接続はすでに光を使用しています」と、インテルのフォトニクス担当シニアディレクター、ロバート・ブルム氏は述べ、さらに「データレートを200や400Gb/sに上げると、銅線の到達距離はさらに短くなり、光がサーバーまで到達するという傾向が見られ始めます」と付け加えています^[13]。高性能コンピューティング（HPC）クラスターやAIスーパーコンピューターでは、数千のプロセッサが低遅延リンクを必要とするため、光インターコネクトがそれらすべてのチップにデータを供給するための帯域幅を提供します^[14]、^[15]。フォトニクスをスイッチ上やプロセッサパッケージ内にまで組み込む（いわゆるコーパッケージドオプティクス）ことで、将来のデータセンターネットワークははるかに高いスループットを実現します。実際、光I/Oを統合した51.2Tb/sのスイッチングチップが間もなく登場し、すでにプロトタイプも実証されています^[16]。

データセンターにとっての利点は非常に大きい。消費電力の低減（光リンクは、数十GHzで銅線を通して電子を流す場合に比べ、熱として失われるエネルギーがはるかに少ない）、高密度化（多くの光チャネルを多重化しても電磁干渉を心配する必要がない）、そして長距離伝送（必要であれば光信号は数キロメートルも伝送可能）である。これは、シリコンフォトニクスが、接続の限界に縛られることなくデータセンターの性能拡張を可能にすることを意味している。ある市場アナリストは、AI中心のデータセンターが高性能光トランシーバーへの前例のない需要を牽引していると指摘し、「シリコンフォトニクスとPICはこの革命の最前線にあり、1.6Tbps以上の速度でデータを伝送できる能力を持っている」と述べている。^[17] 実際には、爪ほどの大きさのフォトニックチップ1枚に数十のレーザーチャネルを搭載でき、合計でテラビット級のデータを運ぶことができる。これは次世代クラウドインフラにとって極めて重要である。

AIと機械学習の加速

AIと機械学習ワークロードの爆発的増加は、データセンター用途の特別なケースである。AIは独自の要件を持ち、シリコンフォトニクスの新たな用途を生み出しているため、特筆に値する。高度なAIモデル（チャットボットを動かす大規模言語モデルなど）の学習には、大規模な並列計算が多くのGPUや専用AIアクセラレータに分散して行われる。これらのチップは、モデル学習などのタスクのために膨大なデータをやり取りする必要があり、従来の電気的リンクでは帯域が飽和してしまうことが多い。シリコンフォトニクスはAIに対して2つの利点をもたらす。すなわち、高帯域幅のインターコネクトおよび光計算の可能性である。

インターコネクトの分野では、AIアクセラレータチップやメモリを光で直接接続する光リンク（光I/Oと呼ばれることもある）が開発されています。従来のサーバーバックプレーンやGPU間通信を光ファイバーに置き換えることで、AIシステムは通信遅延と消費電力を大幅に削減できます。例えば、スタートアップのAyar Labsは、プロセッサの隣に設置してデータを光で入出力する光I/Oチップレットを開発しており、従来必要だった密集した銅配線の束を不要にしています。2024年、Ayar Labsは16波長の光を使って8 Tbpsの帯域幅を実現する光チップレットをデモし、次世代AIインターコネクトの姿を示しました^[18]。主要なチップメーカーも注目しており、Nvidia、AMD、IntelはいずれもAyar Labsへの1億5500万ドルの資金調達ラウンドに参加し、光インターコネクトが将来のAIハードウェアのスケーリングの鍵になると見込んでいます^[19]。あるジャーナリストは、「チップを速くするだけでは十分な速度が得られないなら、“次にお金を投じるべきはおそらく何らかの光I/Oだろう。”」と皮肉を込めて述べています^[20]

AIチップ間のデータ移動だけでなく、シリコンフォトニクスはAI向けの光コンピューティングも実現しつつあります。これは、特定の計算（ニューラルネットワークの行列積など）を電気ではなく光で実行することを意味し、現在の電子式AIアクセラレータの速度やエネルギーの限界を回避できる可能性があります。LightmatterやLightelligenceのような企業は、シリコン導波路内の光の干渉を利用して並列計算を行うフォトニックプロセッサの試作機を開発しています。2024年後半、Lightmatterは光コンピューティング技術の発展のために驚異的な4億ドルのシリーズD資金調達（評価額44億ドル）を実現しました^[21]。まだ発展途上ですが、これらのフォトニックAIアクセラレータは、フォトンがトランジスタのスイッチングイベントに比べてほとんど熱を発生しないため、ニューラルネットワークを超高速・低遅延かつ低消費電力で実行できることが期待されています。

全体的に見て、AIモデルが大規模かつ複雑化（数万個のチップを要するクラスターが必要）するにつれ、シリコンフォトニクスはAIインフラの通信ボトルネックを克服できる「パラダイムシフト」として注目されています^[22]。これは、プロセッサ間の帯域幅を需要に応じて線形に拡張できる方法を提供し、電気的リンクでは困難なことです。業界の観測筋は、光技術（コパッケージドオプティクス、光チップ間リンク、さらにはフォトニックコンピューティング要素など）が今後数年でAIシステムの標準となると予測しています――単なるニッチな実験ではなく。実際、ある試算によれば、AIデータセンターは非常に急速に成長しており（消費電力で年率50%成長）、2030年までに既存の電気I/Oでは持続不可能となる可能性があり、シリコンフォトニクスはAIのスケーラビリティを維持するために「将来のインフラに不可欠な要素」となるとされています^[23]。

通信およびネットワーキング

シリコンフォトニクスはテレコム分野に起源を持ち、今もなお長距離データ伝送の方法を革新し続けています。光ファイバーを用いた通信ネットワーク――インターネットのバックボーン、海底ケーブル、都市圏・アクセスネットワークなど――では、集積フォトニクスによって、より小型・高速・低コストの光トランシーバーが実現されています。従来の光通信システムは、個別に組み立てられたディスクリート部品（レーザー、変調器、検出器など）に依存していましたが、シリコンフォトニクスの集積化により、これら多くの部品を1つのチップ上に搭載でき、信頼性の向上と組立コストの削減が可能となります^[24]。

今日、データセンター間接続ではシリコンフォトニクスを用いた光トランシーバモジュールが一般的となっており、100G、400G、さらにはそれ以上の速度に向けて通信インフラにもますます採用されています。例えば、InfineraやCisco (Acacia)のような企業は、通信ネットワーク向けに400Gおよび800Gリンク用のシリコンフォトニクスを用いたコヒーレント光トランシーバを開発しています。ブロードバンドおよび5G/6G無線ネットワークも恩恵を受けており、基地局を接続するファイバーリンクやフロントホール／バックホールデータの伝送も、シリコンフォトニクスによってより効率的に行うことができます。インテルは、シリコンフォトニクスが「次世代5G展開において、より小型のフォームファクタとより高速な通信、今日の100Gから明日の400G、さらにはそれ以上へ」^[25]で役割を果たすと強調しています。チップ上に多数のレーザー波長を集積できる能力は、通信事業者が1本のファイバーにより多くのチャネルを詰め込むために利用する高密度波長分割多重（DWDM）システムに有用です。2023年には中国企業のInnoLightが、1.6 Tb/sの光トランシーバ（複数波長と高度な変調方式を使用）を実演し、マルチテラビット級の光リンクが近い将来実現する兆しを示しました^[26]。

もう一つのネットワーク用途は、コアルーターおよびスイッチング装置です。ハイエンドのルーターや光スイッチングプラットフォームでは、光スイッチング、信号ルーティング、さらにはオンチップでの波長フィルタリングなどの機能にシリコンフォトニック回路の利用が始まっています。例えば、大規模なシリコンフォトニック・スイッチファブリックが試作されており、シリコンMEMSや熱光効果を利用して光路を高速に切り替えることで、全光回路スイッチングの実現が期待されています。これらは将来的にデータセンターネットワークで、接続を光で動的に再構成する用途に使われる可能性があり（Googleは一部のAIクラスターで光スイッチの利用を示唆しています）^[27]。

全体として、通信分野における目標は大容量化とビットあたりのコスト削減です。シリコンフォトニクスは、光ファイバーの容量拡大（100G → 400G → 800Gおよび1.6T/波長）と、CMOSファブプロセスによる製造コスト削減によって貢献しています。インテルのシリコンフォトニクス部門が再編される前、2016年から2023年の間にデータセンターやネットワーク用途向けに800万個以上のフォトニックトランシーバーチップを出荷したことは注目に値します^[28]。また、業界の協業も拡大しています。例えばインテルは2023年末、トランシーバーの製造をJabil（受託製造業者）に移管し、さらなる生産拡大を図ると発表しました^[29]。一方、Coherent（旧II-VI）のような光部品大手や、従来型の通信機器サプライヤー（Nokia、Cienaなど）も、次世代光モジュール向けにシリコンフォトニクスへ投資を進めています^[30]。この技術は、インターネットの物理インフラと、急速に進化する5G/6G通信エコシステムの両方の基盤となりつつあります。

センシングとLiDAR

シリコンフォトニクスは通信だけでなく、チップ上での光の精密制御を活用して新しい種類のセンサーも実現しています。注目分野の一つが生化学・環境センシングです。シリコンフォトニックセンサーは、試料（血液の一滴や化学蒸気など）が導波光と相互作用した際の屈折率や吸収の微小な変化を検出できます。例えば、シリコンフォトニックチップ上に微小なリング共振器や干渉計を設け、特定分子が結合すると周波数がシフトする仕組みです。これにより、バイオマーカー（タンパク質、DNA、ガスなど）のラボオンチップ型センシングが高感度かつ低コストで可能になります。こうしたフォトニックバイオセンサーは、医療診断、環境モニタリング、さらには「人工鼻」用途にも利用される可能性があります^[31][32]。小型化と集積化の利点が重要で、単一のシリコンフォトニックセンサーチップに光源、センシング素子、フォトディテクタを集積し、従来の大型光学実験装置に比べてコンパクトで堅牢なセンサーを実現できます。シリコンナイトライドフォトニクス（可視光波長に適したバリエーション）の研究も進み、SiNは可視光を導波できるため、シリコン単体では難しい蛍光やラマン信号のセンシングなど、さらに多くの応用が広がっています。

もう一つ急成長している応用分野が、自動運転車、ドローン、ロボティクス向けのLiDAR（光による検出と測距）です。LiDARシステムはレーザーパルスを照射し、反射した光を測定して距離をマッピングします――本質的には「3Dレーザー視覚」です。従来のLiDARユニットは、機械式スキャンや個別のレーザー／検出器に依存することが多く、高価でややかさばる傾向がありました。シリコンフォトニクスは、ビームステアリング素子、スプリッター、変調器、検出器を一体的に統合し、チップ上でLiDARを構築する方法を提供します。シリコンフォトニックLiDARは、ソリッドステートのビームステアリング（例えば光位相アレイ）を利用して、可動部なしで周囲をスキャンできます。これにより、LiDARユニットのサイズとコストが大幅に削減されます。実際、インテルのMobileyeは、2025年頃の次世代自動運転LiDARセンサーにシリコンフォトニック集積回路を使用すると示唆しています^[33]。このような統合により、LiDARのコストが下がり、自動車への大量導入が可能になるかもしれません。シリコンフォトニクスベースのLiDARは、複数波長やコヒーレント検出技術をチップ上に組み込むことで、より高速なスキャンや高解像度も実現できます。さらに、これらの統合ソリューションは消費電力も少なくなる傾向があり、電気自動車にとって重要な要素です。

Ansysによると、「シリコンフォトニクス対応のLiDARソリューションは、よりコンパクトで消費電力が少なく、個別部品から構成されるシステムよりも製造コストが安い」と述べられています。^[34] これは、スタートアップから大手テック企業までがフォトニックLiDARの開発にしのぎを削る理由を端的に表しています。すでにFMCW LiDAR（周波数変調連続波LiDAR）のプロトタイプも登場しており、これは可変レーザーや干渉計など繊細なフォトニック回路を必要とします。シリコンフォトニクスはこの用途に最適なプラットフォームであり、専門家は、統合フォトニクスがFMCW LiDARの大規模実用化（長距離・干渉耐性のため）に不可欠だと予測しています^[35][36]。近い将来、高性能な小型チップベースLiDARユニットを搭載した自動車やドローンが登場するでしょう――これはシリコンフォトニクスのイノベーションの直接的な成果です。

LiDAR以外にも、ジャイロスコープや慣性センサー（ナビゲーション用のリングレーザー・ジャイロをチップ上で実現）、分光計（化学分析用の集積型光学分光計）などのセンシング用途があります。共通するのは、シリコンフォトニクスが光学計測の精度を小型かつ量産可能な形で実現する点です。これにより、消費者向け電子機器（スマートウォッチ内の光学ヘルスセンサーなど）、産業用モニタリング、科学機器など新たな可能性が広がっています。

量子コンピューティングとフォトニック量子技術

いくつかのスタートアップや研究グループは、シリコンベースのフォトニック回路を用いて、光にエンコードされた量子ビットを生成・操作するフォトニック量子コンピュータの開発に取り組んでいます。例えば、PsiQuantumという多額の資金を得ているスタートアップは、半導体ファブと提携し、数千のシリコンフォトニック量子ビットチャネルを用いた大規模な量子コンピュータの構築を目指しています。このアイデアは、単一光子源、ビームスプリッター、位相シフター、光子検出器などのデバイスをチップ上に統合し、光子による量子論理を実行することです。ここでのシリコンフォトニクスの利点はスケーラビリティです。CMOS製造技術を活用できるため、原理的には、他の量子ハードウェア方式でははるかに困難な、数百から数千のコンポーネントを持つ非常に複雑な量子フォトニック回路を作成できます。実際、研究者たちは最近、量子光操作のために数千のコンポーネントが連携して動作するシリコンフォトニックチップを実証しました^[37]。

シリコンフォトニクスはまた、量子ネットワーキング—量子鍵配送（QKD）やエンタングルド光子を用いた安全な通信—を可能にします。これは、コンパクトで安定した光学量子送信機・受信機のプラットフォームを提供するためです。さらに、特定の量子センサー技術（光学量子ジャイロスコープや単一光子LiDARなど）も、その中核にシリコンフォトニックチップを使用する可能性があります。

フォトニック量子コンピューティングの大きな課題の一つは、単一光子をオンデマンドで生成し、低損失でルーティングすることです。興味深いことに、古典的なシリコンフォトニクスに適用されるのと同じ制約（および解決策）が量子にも当てはまります。シリコンは本質的にレーザー発振しないため、量子フォトニックチップでは、統合された非線形プロセスや量子ドット光源を用いて単一光子を生成したり、特殊材料をハイブリッド統合したりします。利点も同様で、高精度かつ小型化が可能です。Ansysのレポートが指摘するように、量子コンピュータは計算に光子を使用し、統合フォトニクスでそれらの光子を管理することで、速度、精度、コスト面での利点が得られます^[38]。実際、シリコンフォトニクスは、量子システムを実験室レベルから実用的なマシンへとスケールアップするために必要な安定性と製造容易性を提供できます。

コンピューティング以外にも、量子フォトニックセンサー（量子状態を利用して感度を高める干渉計など）や量子乱数発生器といった分野でもシリコンフォトニクスは影響を与えています。フォトニック量子コンピューティングはまだ開発段階にあり、成熟には数年かかると見られていますが、この分野への多額の投資はその将来性を強調しています。2022年には、著名な研究者であるジョン・バウワーズ教授が、シリコンフォトニクスは量子を含む多くの新しい応用とともに急速に進歩していると指摘しました^[39]。最初の大規模量子コンピュータは、実際にはシリコンフォトニックチップ上に構築された光学式のものになるかもしれません。これは、もともと通信のために開発された技術が、次のコンピューティングの飛躍を可能にするという、非常に興味深い「一周回って」の現象です。

現在の動向と開発状況（2025年）

2025年現在、シリコンフォトニクスは非常に大きな勢いを得ています。いくつかのトレンドが重なり、この技術は研究室やニッチな用途からテック業界の主流へと押し上げられています。

• データボトルネックとコパッケージドオプティクス: AIやクラウドサービスからの飽くなきデータ需要により、電気的インターコネクトが深刻なボトルネックとなっています。現在では、インターコネクトの帯域幅を倍増させるたびに、信号の完全性を維持するために銅ケーブルの長さを半分にしなければならない状況です^[40]。これは持続不可能なトレードオフです。この緊急性により、コパッケージドオプティクス（CPO）のようなアプローチに注目が集まっています。これは、光エンジンをスイッチASICやプロセッサチップのすぐ隣に配置し、ほぼすべての電気的伝送距離を排除するものです。2023年には、複数の企業がスイッチにおけるコパッケージドオプティクスを実証しました（例：Broadcomの25.6 Tb/sおよび51.2 Tb/sスイッチプロトタイプに統合されたレーザーフォトニックエンジン）。業界のロードマップによれば、コパッケージドシリコンフォトニクスを搭載した51.2 Tb/sイーサネットスイッチチップが今後1～2年以内に市場に登場する見込みです^[41]。さらに、2026～2027年頃には、光I/Oを直接活用する最初のCPU/GPUが登場する可能性が高いとされています^[42]。つまり、インターコネクトの光時代が実用的なシステムで幕を開けようとしています。Intel、Nvidia、Ciscoなどの企業は、いずれもCPOソリューションの開発を積極的に進めています。実際、IntelのTomambeプロジェクトなどでは、スイッチチップと統合された1.6 Tb/sフォトニックエンジンがすでに実証されています^[43]。一般的なコンセンサスとしては、長年の研究を経て、コパッケージドオプティクスはプロトタイプから製品への移行期にあり、光源をデータソースの近くに配置することでビットあたりの消費電力を削減することを目指しています（ある推定ではプラガブル型と比べて30%の省電力^[44]）。
• 投資とスタートアップ活動の急増: ここ数年で、シリコンフォトニクス関連のベンチャー企業に大規模な投資と資金調達が行われています。これは、業界がこの技術の将来性に自信を持っていることを反映しています。例えば、2024年末にはAyar Labsが光I/Oソリューションの拡大のために1億5500万ドルのシリーズDラウンドを調達し（評価額10億ドル超で「ユニコーン」企業となりました）、このラウンドにはNvidia、AMD、Intel自身の戦略的投資も含まれていました^[45]。同様に、フォトニックコンピューティングのスタートアップLightmatterは、2024年に光AIアクセラレータープラットフォームの開発を進めるために4億ドルの資金を確保しました^[46]。また、AI向け光インターコネクトに注力するスタートアップCelestial AIは、2024年初頭に1億7500万ドルを調達しただけでなく、2024年10月にはRockley PhotonicsのシリコンフォトニクスIPポートフォリオを買収（かつてセンシングに特化したフォトニクス企業）し、2000万ドルを投じました^[47]。この買収により、Celestial AIはシリコンフォトニクス関連の特許を200件以上取得し、業界の統合が進んでいることを示しています。つまり、価値あるフォトニクス技術を持つ小規模企業（Rockleyはウェアラブル向けの高度な変調器や集積光学を開発していました）が、データセンターやAI市場をターゲットとする企業に吸収されつつあるのです。また、HyperLightとLightiumという、薄膜リチウムナイオベートフォトニックチップを専門とする2社のスタートアップが、2023年に合計4400万ドルの投資を集めました^[48]。これは、シリコンフォトニクスを改良する新材料への関心の高まりを示しています（TFLN変調器はより高速かつ低損失を実現可能）。全体として、シリコンフォトニクス企業へのVC資金や企業の支援は過去最高水準にあり、光技術が将来の半導体に不可欠であるという認識が広がっていることを示しています。
• 技術の成熟とエコシステムの成長: もう一つのトレンドは、シリコンフォトニクスエコシステムの成熟です。現在、より多くのファウンドリーやサプライヤーが参入しています。かつては、IntelやLuxteraのようなごく少数の企業だけがエンドツーエンドの能力を持っていました。今では、GlobalFoundries、TSMC、さらにはSTMicroelectronicsのような大手半導体ファウンドリーが、シリコンフォトニクスのプロセスラインや標準化されたフォトニックPDK（プロセスデザインキット）を顧客向けに提供しています^[49]。この標準化により、スタートアップや小規模企業でも自社でファブを持たずにフォトニック回路を設計し、製造してもらうことが可能になりました。これは、ファブレスの電子チップ企業の運営方法に類似しています。フォトニックチップ向けの定期的なマルチプロジェクトウェハ（MPW）シャトルもあり、複数の設計が1回のウェハランを共有することで、試作コストが大幅に削減されます。業界団体は、フォトニックチップを製品により簡単に統合できるよう、標準化されたパッケージングソリューション（光I/Oインターフェース、ファイバー接続方法）に取り組んでいます。American Institute for Manufacturing Integrated Photonics (AIM Photonics)の設立は大きな後押しとなりました。この官民コンソーシアムはニューヨークにシリコンフォトニクスのファウンドリーとパッケージングラインを設置し、最近では3億2100万ドル、7年間のプログラム（2028年まで）を獲得し、米国での集積フォトニクス製造の推進に取り組んでいます^[50]。同様にヨーロッパでは、ベルギーのIMECやフランスのCEA-Letiのような研究機関がシリコンフォトニクスプラットフォームを提供し、フォトニクス系スタートアップの集積を促進しています。中国でも、InnoLightやHuaweiのような企業が国内のフォトニックチップ能力に投資し、シリコンフォトニクスが活発化しています^[51][52]。これらすべての動きは、シリコンフォトニクスがもはや実験的な技術ではないことを示しています。半導体のツールボックスの標準的な一部になりつつあるのです。
• より高速化と新素材の導入: 技術的には、シリコンフォトニクスデバイスの性能向上が急速に進んでいます。800G光トランシーバーが現在サンプリング中であり、1.6Tb/sモジュールも実証されています^[53]。さらに、3.2Tb/sのプラガブルモジュールが2026年までに登場する見込みです^[54]。これらの速度を実現するために、エンジニアは16チャネルの波長多重化から高度な変調方式まで、あらゆる手法を駆使しており、本質的には光領域を活用してより多くのビットを詰め込んでいます。デバイスレベルでは、シリコンの限界を克服するために新素材がシリコンフォトニクスに統合されています。代表的な例が、薄膜リチウムナイオベート（TFLN）オンシリコンであり、これは低損失で非常に高速なポッケルス効果変調器を提供します。これにより、100GHz以上の変調帯域幅を扱える変調器が実現し、将来の1.6Tや3.2Tリンク、さらには量子アプリケーションにも適用可能となります^[55]。HyperLightのようなスタートアップが、これらのハイブリッドLiNbO3/Siチップを商用化しています。研究開発中の他の素材には、チタン酸バリウム（BTO）エレクトロオプティック変調器や、オンチップレーザー／アンプ用の希土類ドープ材料などがあります^[56]。また、より優れたレーザーや光増幅器のために、III-V族半導体（InP、GaAs）をシリコン上に統合する研究も継続されています。例えば、シリコン上に直接成長させた量子ドットレーザーは大きな進歩を遂げており、従来の試みで問題となっていた信頼性の課題も克服しつつあります^[57][58]。要するに、シリコンフォトニクスの材料パレットは拡大しており、これによってより高性能で新たな機能が実現されるでしょう。さらに、シリコンフォトニクスベースのマイクロコーム（光周波数コム光源）が、超高速データ伝送や高精度分光などの用途に使われ始めており、これは10年前なら突飛に思えたことでしょう。
• 新たな応用と製品: コアな応用に加えて、2025年にはいくつかの新しいユースケースが登場しつつあります。ひとつは、AI向けの光コンピューティング（前述）で、研究デモから初期製品へと移行しています。例えば、LightelligenceはAI推論を加速するフォトニックコンピューティングハードウェアを発表しました。もうひとつは、先端パッケージングにおけるチップ間光リンクです。各社がマルチチップモジュールやチップレットを模索する中、光リンクはパッケージやインターポーザー上でこれらのチップレットを高速接続できます。UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）のような標準規格でも光PHY拡張が検討されています。政府の関心も高まっており、DARPAや他の機関は、防衛システム（高性能処理やRF信号ルーティング用）でフォトニックインターコネクトを活用するプログラムを進めています。コンシューマー分野でも、数年以内に光I/Oが消費者向けデバイスに登場するのではという憶測があります。例えば、シリコンフォトニックチップを使った高帯域センサーリンク搭載のAR/VRヘッドセットや、ARグラス用の光Thunderboltケーブルなどです。まだ実現していませんが、これらのアイデアはすでに設計段階にあります。

まとめると、2025年のシリコンフォトニクスは転換点を迎えています。特にネットワーキング分野で重要な商用製品が登場し、巨額の投資が流入し、エコシステムも成熟しつつあります。今後、光技術がコンピューティングと接続性の基盤となることはますます明らかです。ある業界コメンテーターは、「この10年後半には多くの人が、光I/Oがパイロットラインから主流生産へ移行すると予想している」と述べています。「2025年世代のコンピュートエンジンにはシリコンフォトニクスが搭載されていないかもしれないが、2026年世代には搭載され、2027年世代にはほぼ確実に搭載されるだろう」、なぜなら最終的には選択肢がないからです——「銅の時代は終わった。」 ^[59]

課題と限界

盛り上がりを見せる一方で、シリコンフォトニクスにはいくつかの課題と限界があり、研究者や技術者たちはその克服に積極的に取り組んでいます。これは変革的な技術ですが、万能薬ではありません——少なくとも現時点では。主なハードルは以下の通りです。

• 光源の統合: おそらく最も悪名高い制限は、シリコンは光を生成するのが得意ではないという点です。シリコンは間接バンドギャップを持っているため、レーザーや効率的なLEDとして機能できません。フォトニクスの先駆者であるジョン・バウワーズは率直に、「シリコンは光の発生源として非常に悪い」と述べています。^[60] シリコンの内部効率はほぼゼロで、シリコン中の電子100万個のうち1個程度しか光子を生成しません。一方、リン化インジウムやヒ化ガリウムなどのIII-V族半導体は、ほぼ100%の効率で光を放出できます^[61]。つまり、シリコンフォトニクスチップ上にレーザーを搭載するには、通常、他の材料を導入する必要があります。これはハイブリッド統合（レーザーダイオード付きのInPウェハーをシリコンウェハーに接合する）や、III-V族ナノ構造レーザーをシリコン上に直接成長させる新しい技術などで実現できます。この分野の進展は有望であり、企業や研究機関（インテル、UCSBなど）は大規模なハイブリッド統合レーザーを実証しており、最近では300mmシリコンウェハー上に成長させた量子ドットレーザーも高い信頼性で実現されています^[62][63]。それでも、レーザーの統合は複雑さとコストを増加させます。レーザーがチップ外（ファイバー経由で接続された別のレーザーモジュール）にある場合は、その光を小さなオンチップ導波路に効率よく結合させる課題が生じます。要するに、チップ上に光を導入することは簡単な作業ではありません。業界では、異種統合（1つのチップ上に複数の材料を使用）や、電気的に励起されるゲルマニウム-シリコンレーザー、シリコン上のラマンレーザーなどの新しいアプローチも模索されていますが、これらはまだ発展途上です。2025年時点では、ほとんどのシリコンフォトニクスシステムはハイブリッドレーザーまたは外部レーザーを結合して使用しています。これは現在も進行中の重要な研究分野の一つです。
• 製造と歩留まり: シリコンフォトニック回路は既存のファブで製造可能ですが、電子チップとは異なる要件があります。まず、光学は非常に寸法の精密な制御が必要です。導波路の幅や間隔が数ナノメートル変わるだけで、共振器の波長や光の位相が変化します。高い歩留まり（つまり多くのチップで一貫した性能）を達成するのは困難です。さらに、複数の材料タイプ（シリコン、シリコンナイトライド、III-V族、金属）を1つのプロセスフローで統合することは複雑さを増します。ファイバーをチップに結合することも歩留まりや製造上の課題です。微小な光ファイバーをミクロンサイズの導波路端面に合わせるには、現在多くの場合高価なアクティブアライメントが必要です。これらの工程の一部は製造現場でまだ半手動で行われており、大量生産には向きません。パッケージング技術の改善にも多くの取り組みがあり、標準化されたファイバーアタッチユニットの使用や、グレーティングカプラを組み込んでチップ上部からより簡単に光を結合できるようにする方法などがあります。電子＋フォトニック複合チップのパッケージングも難しい課題です。例えば、同じパッケージ内にフォトニックダイと電子ASICがある場合、それらを整列させる必要があり、さらに熱管理も必要です（電子回路が高温になるとフォトニクスに影響を与えるため）。Ansysは、電子回路とフォトニクスが同じチップを共有する場合、製造アプローチはそれぞれのニーズのバランスを取る必要があると指摘し、別々のチップの場合は高度なパッケージングが必要であり、「電子回路で発生する熱がフォトニクスに影響を与える可能性がある」と述べています。^[64] サーマルチューニングも別の課題です。多くのシリコンフォトニックフィルターや変調器は熱効果に依存しているため、温度変化で回路がデチューンし、安定化のために電力が必要になります。これらすべてが製造を複雑にし、コストを押し上げています。
• コストと量産規模: コストについて言えば、シリコンフォトニクスは大量生産のシリコンファブを活用することで低コストを約束していますが、現状ではこれらのデバイスはまだ比較的ニッチで高価です。業界は何百万台ものユニット（データセンターのトランシーバーとして）を出荷していますが、コストを本当に下げるには、年間数十億台の出荷が必要でしょう^[65]。言い換えれば、まだ汎用電子機器の規模には達していません。これらのデバイスは、前述のように特殊なパッケージングやテストも必要とすることが多く、それがコストを上げています。現在のデータセンター向けシリコンフォトニックトランシーバーは数百～数千ドルかかることがあり、これはその市場では許容範囲ですが、コンシューマー市場には高すぎます。経済性は非常に大規模なスケールではやや不確実です――あるレポートが指摘したように、大手クラウド事業者は、シリコンフォトニクスを広範に採用した場合の信頼性やコスト構造を懸念しています。なぜなら、この技術はまだ主流シリコンの製造学習曲線に乗っていないからです^[66]。しかし、コストは着実に改善しており、ファウンドリ標準PDKや自動化などの取り組みが進んでいます。今後数年で、AIやデータセンターによる需要増加に伴い、コストは下がっていくはずで、それによってさらに多くの市場が開かれるでしょう（いったん好循環が始まれば加速します）。それでも、2025年時点ではデバイス単価がコスト重視の用途でシリコンフォトニクス採用の制約要因となり得ます。
• 消費電力と効率: シリコンフォトニクスは非常に高速なデータ転送時の消費電力を削減できますが、デバイス自体も依然として電力を消費します――例えば、変調器はしばしば熱チューニングや電流を流すPN接合を使い、レーザーも当然電力を消費します。電子信号を光信号に、またその逆に変換する際のオーバーヘッドもあります。システム全体で本当に省電力化するには、これらのオーバーヘッドが長距離電気配線を廃止することで得られる節約分より小さくなければなりません。現在のシリコンフォトニックトランシーバーはかなり電力効率が高く（光変換でビットあたり数ピコジュール程度）、特にオンチップやメモリバスで光I/Oを使う場合はさらに高効率が求められています。有望なアプローチの一つは、エレクトロオプティック材料（LiNbO3やBTOなど）を使い、熱チューニングの代わりに非常に低電圧（＝低消費電力）で光を変調する方法です。また、より効率的な光源（量子ドットレーザーなど）を統合することで、レーザーの電力損失を減らせる可能性があります（現在の分布帰還型レーザーは多くのエネルギーを熱として浪費しています）。このように、シリコンフォトニクスはマクロなスケールでインターコネクトの電力問題を解決しますが、ミクロなスケールではエンジニアがデバイスごとの消費電力最適化に取り組んでいます。朗報としては、現行技術でもコパッケージドオプティクスは従来のプラガブルと比べてインターコネクト全体の消費電力を約30%削減でき^[67]、今後の改良でこの効果はさらに高まると考えられます。
• 設計と設計ツール: これはあまり目立たない課題ですが、重要なものです。フォトニック回路の設計は新しいスキルセットであり、フォトニクス用のEDA（Electronic Design Automation）ツールは、エレクトロニクス用ほど成熟していません。特に多くのコンポーネントを持つ大規模な光回路のシミュレーションは複雑になり得ます。製造時のばらつきを設計段階で考慮する必要があり（小さな誤差を補正するためにサーマルチューナーが必要になる場合もあります）、電子回路とフォトニック回路部分を協調最適化できる、より優れた設計ツール（しばしばEPDA：Electronic Photonic Design Automationと呼ばれる）が求められています。エコシステムは追いつきつつあり、Synopsys、Cadence、Lumerical（Ansys）などの企業がフォトニック設計用のツールを提供していますが、まだ発展途上の分野です。関連する課題として、標準化の欠如もあります。多くのファウンドリがPDKを提供していますが、それぞれ異なるコンポーネントライブラリやパラメータを持っている場合があります。これにより、設計の移植性が電子設計ほど高くないことがあります。業界は共通の標準（例えば、フォトニック回路用のレイアウト交換フォーマットや標準化されたコンポーネントモデル）に向かって進んでいますが、設計フローの効率化にはさらなる取り組みが必要です。堅牢な人材パイプラインの構築も重要です。RF/マイクロ波アナログ設計と光物理の両方を理解するエンジニアが必要ですが、まだ人材は不足しています（ただし、多くの大学がこの分野横断型の卒業生を輩出し始めています）。
• 性能上の制約: シリコンフォトニクスは特定の指標を劇的に向上させる一方で、独自の物理的制約も持っています。導波路での光損失は低い（~dB/cm程度）ものの、大規模回路では累積し、急な曲げや小さな構造は損失を増加させる可能性があります。ファイバーとチップ間の結合損失も最小化する必要があります。シリコンの熱感受性（屈折率が温度で変化する）により、多くのシリコンフォトニック回路は安定化やキャリブレーションが必要です。帯域幅の制約は変調器や検出器で発生することがあります。例えば、シリコンリング変調器は帯域幅が有限で温度に敏感な場合があり、マッハツェンダー変調器は歪みなく非常に高速を実現するために慎重な設計が必要です。導波路の色分散は非常に広い波長用途を制限する可能性があります（ただし、チップ上の短距離では通常問題になりません）。もう一つの微妙な点として、電子-フォトニック統合では、しばしばエレクトロニクスの協調設計（ドライバーアンプや検出器用TIAなど）とフォトニクスの協調設計が必要です。両者のインターフェースが全体の性能を制限することがあります（例：変調器が特定の電圧スイングを必要とする場合、それを高速で供給できるドライバーが必要）。したがって、システムエンジニアリングは複雑です。さらに、すべての用途がフォトニクスに適しているわけではありません。非常に短距離・低速のリンクでは、電気回路の方が安価かつ簡単な場合もあります。そのため、シリコンフォトニクスを最大限に活用するための適用範囲を見極めること自体が重要な検討事項となります。

要約すると、これらの課題のいずれも致命的な障害ではありませんが、それらが総合的に意味するのは、シリコンフォトニクスにはまだ進化の余地があるということです。フォトニクスとエレクトロニクスの分野で最も優秀な頭脳の多くが、より優れたレーザーの統合、パッケージングの改善、生産の拡大、設計能力の拡張といった問題に積極的に取り組んでいます。ここ数年だけでも進展は目覚ましいものがあります。Bowers教授が指摘したように、III-V族レーザーのCMOSへの統合、歩留まりやファイバー接続の改善、コスト削減といった課題はすべて、「進歩は…非常に速い」^[68] という状況です。毎年改良が進み、研究室の試作機と量産品のギャップは少しずつ縮まっています。電子ICが現在の規模に到達するまでに何十年もの集中的な努力があったことを思い出す価値があります。シリコンフォトニクスは、それに比べるとまだ旅の初期段階にありますが、急速に追いつきつつあります。

この分野をリードする企業と研究機関

シリコンフォトニクスは世界的な取り組みとなっており、多くの企業（スタートアップから大手テック企業まで）や研究機関がこの分野を牽引しています。市場調査によると、シリコンフォトニクス市場の主要プレイヤー（2025年時点）は、Cisco、Intel、IBMといった業界大手に加え、NeoPhotonics（Lumentum）、浜松ホトニクス、STマイクロエレクトロニクスなどの専門企業も含まれます。^[69] ここでは、主な貢献者の概要を紹介します。

• インテル コーポレーション（米国）： シリコンフォトニクスのパイオニアであるインテルは、早期かつ多額の投資を行ってきました。2016年に最初の100Gシリコンフォトニックトランシーバーの1つを発表し、それ以来何百万台ものデバイスを出荷しています^[70]。インテルは、高速光トランシーバーにシリコンフォトニクスを使用し、今後はサーバーCPUやエッジアプリケーションへの展開を進めています。同社のビジョンは、フォトニクスによって「将来のデータセンターの帯域幅拡大を実現する」ことであり、100Gから400G、さらにはそれ以上へのスケーリング、そしてプロセッサーと光学の統合による5Gや自動運転車などの用途への応用を目指しています^[71]、^[72]。インテルのシリコンフォトニクス部門は最近、製造のためにジャビルと提携し、大量生産への成熟を示しています^[73]。また、インテルはスイッチ向けのコパッケージドオプティクスの研究も行っており、Ayar Labsのような多くのフォトニクス系スタートアップにも出資しています。
• シスコシステムズ（米国）： ネットワーク大手のシスコは、買収（例：2019年のLuxtera買収）を通じてシリコンフォトニクス分野に参入し、現在ではデータセンターや通信向けのシリコンフォトニック光トランシーバーの主要サプライヤーとなっています。シスコは、100G/400Gのプラガブルモジュールから将来のコパッケージド光スイッチに至るまで、さまざまな製品にフォトニクス技術を活用しています。シスコのソリューションは、高密度かつ省電力を実現する自社設計のフォトニックICによる恩恵を受けています。シリコンフォトニクスを活用することで、シスコは小型化されたフォームファクターで高速インターコネクトを顧客に提供しています。2025年には、シスコはシリコンフォトニクスを大量出荷する市場リーダーの1社となっています^[74]。
• IBM コーポレーション（米国）： IBMは光インターコネクト研究で長い歴史を持っています。シリコンフォトニクスチームは10年以上の研究開発を経て、ボードレベルやプロセッサーレベルのインターコネクトを対象とした高速光リンク技術を開発しています^[75]。IBMの研究は、シリコンマイクロリング変調器、波長多重化、パッケージングの分野で進展をもたらしました。IBMはインテルやシスコのようにトランシーバーを販売してはいませんが、しばしばプロトタイプの共同開発を行っています（例：2015年にIBMとMellanoxがサーバー向け光インターコネクトを発表）。IBMの重点は、フォトニクスを用いてコンピューティングのボトルネックを解消することにあります（例：POWER10プロセッサーはパートナーシップを通じてオフチップ信号伝送にフォトニックリンクを使用）。また、IBMは標準化やオープンリサーチにも貢献しており、その成果はOFCやCLEOなどの学会で頻繁に発表されています。
• NeoPhotonics/Lumentum（米国）： NeoPhotonics（2022年よりLumentumの一部）は、通信およびデータセンター向けのレーザーおよびフォトニック部品を専門としています。彼らは超高純度の可変レーザーおよび高速変調器を開発しています。特に、NeoPhotonicsは400G/波長通信向けのシリコンフォトニックコヒーレント光サブアセンブリ（COSA）を導入し、800Gおよびそれ以上の研究も行っていました^[76]。Lumentum（光学業界の大手）の一部となったことで、この専門技術は次世代コヒーレントトランシーバーやプラガブル製品の開発に貢献しています。Lumentumの傘下に入ったことで、これらのシリコンフォトニクス製品はLumentumの既存のフォトニクスポートフォリオ（例：インジウムリン変調器や増幅器）と統合可能です。
• 浜松ホトニクス（日本）： オプトエレクトロニクス部品のリーダーである浜松ホトニクスは、幅広いフォトニックデバイス（フォトダイオード、光電子増倍管、イメージセンサーなど）を製造しています。浜松ホトニクスはシリコンプロセスを取り入れ、シリコンフォトダイオードアレイやシリコンベースの光センサーなどを生産しています^[77]。高速トランシーバーへの注力はそれほど強くありませんが、浜松ホトニクスのシリコンフォトニクスの取り組みはセンシングや科学計測機器で重要な役割を果たしています。彼らはシリコンPINフォトダイオード、APD、光センサーチップを提供しており、これらは光通信受信機やLiDAR検出器の基盤となっています。低ノイズ・高感度フォトニクスの専門性は、シリコンフォトニクスのデジタル通信分野を補完しています。
• STマイクロエレクトロニクス（スイス／欧州）： STマイクロは大手半導体メーカーであり、独自のシリコンフォトニクス技術を開発しています。STマイクロの注力分野は統合型イメージングおよびセンシングソリューションで、例えば光ファイバージャイロスコープ用のシリコンフォトニックチップを製造したり、欧州のコンソーシアムで光インターコネクトの研究開発に取り組んでいます。STマイクロの先進的なファブやMEMS技術は、他のセンサーや電子機器と統合が必要なシリコンフォトニクスに適しています^[78]。フランスやイタリア（STが大規模拠点を持つ国）ではフォトニクス推進の取り組みがあり、STはしばしばそのパートナーとなっています。また、産業用や自動車用システム向けのシリコンフォトニック部品を供給しているという噂もあります。
• GlobalFoundries（米国）およびTSMC（台湾）： これらのファウンドリ（受託半導体製造会社）は、それぞれシリコンフォトニクスの提供を確立しています。GlobalFoundriesは有名な45nmシリコンフォトニクスプロセス（GF 45CLO）を持ち、Ayar Labsのようなスタートアップと提携して光I/Oチップを製造しています。TSMCはより秘密主義ですが、大手テック企業と協力してフォトニック集積チップを開発していると報じられています（例えばAppleの一部の噂では、TSMCがフォトニックセンサーに関与しているとされています）。両社とも生産規模の拡大に不可欠であり、大手ファウンドリが参入することで、ファブレス企業でもフォトニックチップの試作や量産が容易になります。実際、このようなファウンドリの関与は、シリコンフォトニクスが主流化しつつある強い指標となっています。
• Infinera（米国）およびCoherent/II-VI（米国）： Infineraは、初期からフォトニック集積回路（ただしインジウムリン化合物上）を推進してきた通信機器メーカーです。その後、一部の製品やInP PICとの共同パッケージングのためにシリコンフォトニクスも採用するようになりました。Coherent（Finisarを買収し、その後Coherentに社名変更）は光部品に深く関与しており、自社のInPファブを持つ一方で、データセンター向けのシリコンフォトニクス・トランシーバーも開発しています^[79]。これらの企業は、信頼性と性能に対する通信グレードのこだわりを持ち込み、シリコンフォトニクスがキャリアクラスの要件（例：長距離コヒーレントリンク用の400ZRモジュール）を満たすよう推進しています。
• Ayar Labs、Lightmatter、およびスタートアップ： 一連の革新的なスタートアップが、シリコンフォトニクスを新たな分野へと推進しています。Ayar Labs（AI/HPC向け光I/O）やLightmatter（光コンピューティング）については前述しました。他にも、Lightelligence（もう一つの光AIチップ系スタートアップ）、Luminous Computing（AI向けにフォトニクスとエレクトロニクスを統合）、Celestial AI（コンピュートクラスター向け光ネットワーキング）、OpenLight（統合レーザーを備えたオープンなフォトニックプラットフォームを提供する合弁会社）、Rockley Photonics（ヘルスセンサーに注力、現在は主にCelestialに買収済み）などがあります。これらのスタートアップは、その野心的なアプローチで注目されています――例えば、Lightmatterの3D集積フォトニックテンソルコアや、Luminousによるフルスタックのフォトニックコンピュータ構築の試みなどです。彼らはしばしば大手企業と協業しており（例：HPEはAyar Labsと提携し、スーパーコンピュータのインターコネクトファブリックに光インターコネクトを採用^[80]）、スタートアップシーンは活気にあふれています。彼らの存在が既存大手の動きを加速させています。業界の観察者は、Ayarに加え、LightmatterやCelestial AIのような企業が「いずれも、シリコンフォトニクスがコンピュートエンジンとインターコネクトの橋渡しをする中で、一定の進出のチャンスがある」と指摘しています。^[81]
• 学術および研究機関:機関側では、トップ大学や国立研究所がシリコンフォトニクスの発展において重要な役割を果たしています。カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）のJohn Bowers教授のもとでは、ハイブリッドシリコンレーザーやシリコン上の量子ドットレーザーの先駆的研究が行われており、同分野の中心的存在です。MIT、スタンフォード大学、コロンビア大学（Michal Lipson教授のグループ）、カリフォルニア工科大学（Caltech）も、米国におけるシリコンフォトニクス研究の拠点であり、新しい変調器の物理からフォトニックコンピューティングアーキテクチャまで幅広く取り組んでいます。ヨーロッパでは、ベルギーのIMECが著名なシリコンフォトニクスプログラムとマルチプロジェクトウェーハサービス（iSiPP）を運営しており、サウサンプトン大学、TUアイントホーフェン、EPFLなども強力な研究グループを有しています。米国のAIM Photonics研究所（前述）は、これら多くの大学や企業を結集し、共同研究や国のファウンドリー機能を提供しています。MITリンカーン研究所やIMECのような政府系研究所は、防衛分野向けの高度な集積フォトニクス（例：LiDAR用の光フェーズドアレイ）も実証しています。さらに、国際的な共同研究や学会（Optical Fiber Conference、ISSCC、IEEE Photonics Societyの会合など）を通じて、これらの機関は最新の成果を共有しています。この分野は、健全なアカデミア-産業パイプラインの恩恵を受けています。多くのスタートアップ創業者や業界リーダーがこれらの研究室で訓練を受けており、現在も学術研究が（新材料の統合や量子フォトニクスなど）限界を押し広げ続けています。

これらすべてのプレイヤー――大手テック企業、専門部品メーカー、野心的なスタートアップ、最先端の研究所――が、シリコンフォトニクスを総合的に前進させる豊かなエコシステムを形成しています。彼らの競争と協力がイノベーションを加速させています。特筆すべきは、地政学も影響している点です。米国、欧州、中国の間で、フォトニクス技術の主導権を巡る競争が意識されており、通信やコンピューティングにとって戦略的に重要であることから^[82]、公的投資も増加しています（例：EUのPhotonHubや中国の国家フォトニクスイニシアチブ）。テック愛好家にとっての要点は、世界中の多くの優秀な人材と多大なリソースが、将来のチップが光で通信できるように注がれているということです。

専門家の見解と引用

シリコンフォトニクスの発展を通じて、分野の専門家たちはその影響を理解するための視点を提供してきました。ここでは、注目すべき見解をいくつか紹介します。

• シリコンフォトニクスのパラダイムシフトについて: 「私はシリコンフォトニクスを単なる漸進的な改良以上のもの、つまりパラダイムシフトだとよく表現しています」とSoitecの幹部であるルネ・ヨンカー氏は述べ、銅配線が限界に達しているのとは異なり、光リンクは急増するデータ需要に対応する持続可能な方法を提供すると強調しています。コスト削減や製造のスケールアップには課題が残るものの、その利点—「より高い帯域幅、遅延の低減、消費電力の削減」—により、シリコンフォトニクスは「将来のインフラに不可欠な存在」となっています。^[83]
• データセンターの電力と光技術について: 2025年のLaser Focus Worldの論評では、データセンターの緊急性が強調されました。現在の傾向が続けば、10年末までに米国の電力の8%をデータセンターが消費する可能性があり、これは「既存の電気インターコネクトでは持続不可能」と指摘されています。著者は、「シリコンフォトニクスによって実現される光インターコネクトこそが、唯一スケーラブルな道である」と結論付けました。^[84] つまり、エネルギーと帯域幅の危機を回避するためには、光リンクへの移行は選択肢ではなく、必要不可欠なのです。
• 統合の課題について: フォトニクス分野の第一人者であるジョン・バウワーズ教授（UCSB）は、最も困難な課題について次のようにコメントしています。「最大の課題は、III–V族材料をシリコンCMOSに統合することです… 歩留まりの向上、高信頼性、コスト削減、ファイバー接続など、まだ課題が残っています。エレクトロニクスとフォトニクスを一体でパッケージ化するのも課題です… しかし進歩は非常に速いです。」 ^[85] これは、レーザー（III–V族材料）の統合や完全な歩留まりの達成が難しい一方で、インテルのような業界リーダーによって着実に進展があり、解決策が見えてきていることを示しています。
• シリコンにおける発光について: 同じインタビューで、バウワーズ氏はなぜレーザーにシリコン以外が必要なのかを分かりやすく説明しています。「シリコンは発光体としては非常に悪い材料です。内部量子効率は100万分の1程度ですが、直接遷移型のIII–V族材料の効率はほぼ100%です。最初から直接遷移型半導体が必要だと分かっていました…」 ^[86]。この率直な評価が、彼のチームが早い段階でハイブリッドレーザー（InPをSiに接合）を追求した理由を説明しており、そのアプローチは2007年のインテルのハイブリッドシリコンレーザーなどで成果を上げました。
• オプティクスでサーバーに到達することについて: Intelのフォトニクス担当シニアディレクター、ロバート・ブルム氏は、データセンター内でオプティクスがどのように内側に入り込んできているかを説明しました: 「今日データセンターに入ると、100Gb/sの銅ケーブルが見えます…4メートルまでは問題ありません。しかし、ラックを超えるすべてはすでにオプティクスを使用しています。200や400Gb/sに増加すると、銅の到達距離はさらに短くなり、オプティクスがサーバーまで到達するという傾向が見られ始めます。」 ^[87] この引用は、進行中の移行を鮮やかに捉えています ― オプティクスがネットワークのコアからエッジへと着実に銅を置き換えつつあります。
• 市場成長とAIについて: 「AIの台頭により、高性能トランシーバーへの前例のない需要が生まれています…シリコンフォトニクスとPIC（フォトニック集積回路）はこの革命の最前線にあります」と、IDTechXのテックアナリスト、サム・デール氏は述べ、シリコンフォトニクスが「1.6Tbps以上の速度」を実現できる能力に注目しています。^[88] 彼のレポートは、フォトニック集積回路の市場が2035年までにほぼ10倍（540億ドル）に成長すると予測しており、その主な原動力はAIデータセンターの需要であるとしています。^[89].
• コンピューティングの未来について: The Next Platformのアナリストたちは、光I/Oが間もなくHPCシステムに導入されると予見しています。彼らは、2026～2027年までには、主流のCPU/GPUに光インターフェースが搭載される可能性が高いと指摘し、その理由は「近い将来、他に選択肢がないからだ」と述べています。彼らの印象的な表現では、「銅の時代は終わった」。^[90] これは業界で広く共有されている感情を要約しています：次世代のコンピューティングには電気的な接続では対応できず、壁にぶつからないためにもフォトニクスが主役になる必要がある、ということです。

これら専門家の見解は、シリコンフォトニクスの可能性と課題の両方を浮き彫りにしています。共通するテーマは、シリコンフォトニクスは変革的であり、必要とされる性能の飛躍を可能にする一方で、深刻な技術的課題も伴い、それらが急速に解決されつつあるということです。専門家たちは、（パラダイムシフトや不可欠な未来という）楽観主義と、（統合の問題、コストやスケーリングの懸念という）現実主義の両方を強調しています。彼らの視点は、なぜ多くの企業や研究者がシリコンフォトニクスに興奮しているのか、またなぜこの技術が実用化までに数十年かかったのかを一般の読者にも理解しやすくしています。最前線にいる人々 ― ベテラン研究者やプロダクトマネージャー ― の声を聞くことで、ここが物理学、工学、市場の力が交差する魅力的な分野であることが伝わります。

最近のニュースとマイルストーン

シリコンフォトニクスの分野は非常にダイナミックです。ここでは、分野の急速な進展を示す最近のニュースのハイライトやマイルストーン（過去1年ほどのもの）をいくつか紹介します:

• Celestial AIがRockley Photonicsの知的財産を買収（2024年10月）： AI向けのPhotonic Fabric™光インターコネクトを開発するスタートアップ、Celestial AIは、Rockley Photonicsのシリコンフォトニクス特許ポートフォリオを2,000万ドルで買収したと発表しました^[91]。Rockleyは高度なシリコンフォトニックセンサーを開発し、ヘルスウェアラブル分野に転換したものの、破産に直面していました。この取引により、Celestial AIは200件以上の特許を取得し、データセンター用途に有用な電気光学変調器や光スイッチング技術も含まれています^[92]。これは大きな統合であり、AI／データセンター分野でフォトニクスの知的財産がいかに価値を持つようになったかを示しています。Rockleyのイノベーション（センシング用の広帯域レーザーなど）は、Celestialの光インターコネクトソリューションに統合され、新たな活用が期待されます。
• スタートアップへの大型資金調達 – Ayar Labs & Lightmatter（2024年後半）： 2社の米国スタートアップが大型資金調達を達成しました。Ayar Labsは2024年12月に1億5,500万ドルのシリーズDをクローズし、半導体業界のリーダー（Nvidia、Intel、AMDがVCとともに出資）も参加しました^[93]。このラウンドでAyarの評価額は10億ドルを超え、将来のプロセッサで電気I/Oを置き換えることを目指すパッケージ内光I/O技術への信頼が示されました。その数週間前、Lightmatterは4億ドルのシリーズD（2024年10月）を調達し、累計資金を倍増、評価額は44億ドルとなりました^[94]。LightmatterはAI加速用のフォトニックコンピューティングチップや光インターポーザ技術を開発しています。こうした大型投資は注目に値し、投資家（および戦略的パートナー）が、これらのスタートアップが光技術でAIやコンピューティングの重要課題を解決できると信じていることを示しています。また、これらの企業が試作段階から製品化へと進むことも期待されます。実際、Lightmatterはテストシステムを展開しており、Ayarの光チップレットはHPCシステムでのパイロット利用が予定されています。
• インテル、トランシーバー事業をジャビルに委託（2023年末）： 興味深い展開として、インテルは2023年末に大量生産のシリコンフォトニックトランシーバー事業をジャビル（製造パートナー）に移管する決定を下しました^[95]。インテルは2016年以降、800万個以上のフォトニックトランシーバーチップを出荷してきました^[96]。これらはデータセンターでの100G/200G接続に使用されています。生産をジャビル（受託製造業者）に委ねることで、インテルは戦略的な転換を示しました。今後は、コパッケージドオプティクスやプロセッサー内フォトニクスなど、コアプラットフォームとのフォトニクス統合に注力し、コモディティ化したトランシーバー市場はパートナーに任せる方針です。この動きは業界の成熟も反映しています。数年前は最先端だった100Gプラッガブルも、今や外部委託できるほど一般的になりました。ジャビル側も光学製造体制を強化しており、今後他の顧客にも対応できる可能性があります。インテルとジャビルの協業は、アナリストによって業界の重要な発展として取り上げられました^[97]。これはエコシステム進化の一環と指摘されています。
• イノライト、1.6Tb/sモジュールを発表（2023年末）： 高速化競争の中、イノライト（中国の光トランシーバー企業）は、1.6テラビット毎秒の光トランシーバープロトタイプを実現したと発表しました^[98]。これはおそらく、シリコンフォトニックプラットフォーム上で複数波長（例：16×100Gまたは8×200Gチャネル）を用いていると考えられます。1.6Tb/sを単一モジュールで実現したことは、一部の競合他社より1年早く、中国のシリコンフォトニクス分野の成長を示しています。イノライトのモジュールは、トップオブラックスイッチのアップリンクやAIシステムの接続に利用可能です。また、3.2Tb/sモジュール（例えば8波長×400Gなど）が間もなく登場することも示唆しています。実際、IDTechXは2026年までに3.2Tb/sモジュールの登場を予測しています^[99]。これは注目を集める記録であり、激しい国際競争を浮き彫りにしています。コヒーレント（米国）なども1.6Tや3.2T設計に取り組んでいます^[100]。
• PsiQuantumのフォトニック量子チップの進展（2024年）： 量子分野では、PsiQuantum（秘密主義だがGlobalFoundriesと協力していることで知られる）が、損失耐性のあるフォトニック量子コンピュータへの道筋を示す研究を発表し、フォトニック量子アーキテクチャ向けの「Omega」と呼ばれるチップを発表しました^[101]。まだ商用製品ではありませんが、フォトニック量子コンピューティングのハードウェアが進歩していることを示しています――その中心にはシリコンフォトニクスがあります。PsiQuantumのアプローチは、数千個の単一光子源と検出器の統合を必要とします。ここでのニュースは製造可能性の検証です：2022年のNature論文では、主要なコンポーネント（光源、フィルター、検出器）が単一のシリコンフォトニックチップ上で実証され、スケールアップ可能であることが示されました^[102]。これは、彼らが2020年代半ばから2030年代初頭にかけて、プロトタイプの100万量子ビット光量子コンピュータ（長期目標）に向けたマイルストーンに到達する軌道に乗っていることを示唆しています。このような開発はニッチではありますが、ハイエンド計算を再定義する可能性があるため、注視されています。
• リチウムニオベートフォトニクス系スタートアップへの資金調達（2023年）： 先述の通り、LiNbO₃をシリコンフォトニクスと統合することに注力する2社、HyperLight（米国）とLightium（スイス）が、2023年に合計4,400万ドルの資金調達を行いました^[103]。この資金調達ニュースは、シリコンフォトニクスに新素材を加えて性能の壁を打破しようとするトレンドを浮き彫りにした点で注目されました。これらの企業は、高い直線性と広い波長範囲（可視光から中赤外まで）で非常に低損失で動作する変調器をアピールしています^[104]。直近の用途としては、通信向けの超高速変調器や、量子・RFフォトニクス向けの特殊デバイスが考えられます。より広い視点では、投資コミュニティも、より目立つトランシーバー系スタートアップだけでなく、材料イノベーションにも資金を投じているということです。これは、材料科学の進歩（TFLN on insulatorのようなもの）も、この分野でスタートアップや製品へと急速に移行しうることを示しています。
• 標準化とコンソーシアムの最新情報（2024–25）： 標準化の分野でも動きが見られます。Continuous-Wave WDM MSA（コパッケージドオプティクス用の標準光源モジュールを定義するコンソーシアム）は、複数のフォトニックチップに供給できる共通レーザー光源の初期仕様を発表しました。これは、コパッケージドオプティクスのマルチベンダー互換性を確保するために重要です。また、UCIeコンソーシアム（チップレットインターコネクト用）は、光チップレットリンクの標準化を検討する光学ワーキンググループを設立しました。一方、COBO（オンボードオプティクスコンソーシアム）やCPOアライアンスなどの団体は、（例：OFC 2024で）コパッケージドオプティクスのベストプラクティスについてサミットを開催しています^[105]。これらすべては、業界がインターフェースの調和と、普及を遅らせる可能性のある断片化の回避の必要性を認識していることを示しています。IEEEからの最近のニュースでも、1.6Tイーサネット標準や、シリコンフォトニクス技術の利用を前提とした関連光インターフェース標準の進展が示されました。
• 製品リリース： 製品面では、実際のハードウェアが登場し始めています：
  • 800Gプラガブルモジュール： 複数のベンダー（Intel、Marvell/Inphiなど）が、シリコンフォトニクスを内部に使用した800G QSFP-DDおよびOSFPモジュールのサンプリングを2024年に開始しました。これらは2025年のスイッチやネットワークで導入される可能性が高いです。
  • CPOデモキット： RanovusやIBMなどの企業が、コパッケージドオプティクスの開発キットを実演しました。これは商用CPO製品の前段階です。例えば、IBMのコパッケージドスイッチの研究プロトタイプが動作する様子が示され、Ranovusは8×100G波長のCPOモジュールを持っています。
  • シリコンフォトニックLiDAR製品： Innovusion（中国）とVoyant Photonics（米国）は、シリコンフォトニックLiDARの進展を発表しました。Innovusionの最新車載LiDARは、競争力のあるコストでFMCWを実現するために一部シリコンフォトニック部品を使用しています。Voyantはコロンビア大学の研究から生まれたスタートアップで、ドローンやロボット向けにシリコンフォトニクスベースの小型ソリッドステートLiDARモジュールを実際に販売しています。
  • 光I/Oチップレット： 2025年半ばまでに、Ayar LabsはTeraPHY光I/OチップレットとSuperNovaレーザー光源を初期顧客テストに投入し、HPCシステム向けに8 Tbpsの光リンクを提供する予定です。これが順調に進めば、2025～26年に政府系ラボやパイロットスーパーコンピュータで、コンピュータシステムにおける光I/Oの最初の導入例の一つとなる可能性があります。

最近のニュースの連続は、この分野が複数の側面で急速に進展していることを示しています。速度のブレークスルー（1.6Tオプティクス）から戦略的な大きな動き（Intelのアウトソーシング、大規模な資金調達）、初の導入事例（AI向け光エンジン）まで。これらの進展は、シリコンフォトニクスが有望な技術から、製品や産業にますます影響を与える商業的現実へと移行しつつあることを示しており、非常にエキサイティングな時期です。

一般の読者にとって、これらすべてのニュースから得られる主なポイントは、シリコンフォトニクスは遠い未来の約束ではなく、すでに現実となっているということです。企業はこの分野に多額の資金とリソースを投入しており、実際の製品が出荷されていて、四半期ごとに過去の記録を塗り替える新たなマイルストーンが生まれています。非常に進展の早い分野であり、テクノロジーに詳しい読者でさえ、「オプティカルチップレット」や「1.6テラビットモジュール」といったものがこれほど早く登場していることに驚くかもしれません。また、このニュースは、これはグローバルな競争であり、米国、ヨーロッパ、アジアで大きな動きがあること、そしてディープテック系スタートアップから最大手の半導体企業やネットワークプロバイダーに至るまで、あらゆる規模の企業が関わっていることも強調しています。

今後の展望と予測

今後を見据えると、シリコンフォトニクスの未来は非常に有望であり、今後10年でコンピューティングと通信を再定義する可能性を秘めています。今後予想される展開や期待されることをいくつか挙げます。

• コンピューティング分野での広範な普及: 2020年代後半には、シリコンフォトニクスがハイエンドのコンピューティングシステムで標準機能となることが期待されます。前述の通り、2026～2027年には光I/Oを統合した最初のCPU、GPU、またはAIアクセラレータが登場するはずです^[106]。当初は、スーパーコンピュータや高頻度取引システム、最先端AIクラスターなどの特殊な市場で使われるかもしれませんが、これがより広範な普及への道を開くでしょう。技術が実証され、出荷量が増えれば、光I/Oは2030年代にはより一般的なサーバーやデバイスにも普及していく可能性があります。各CPUに光ファイバーポートがパッケージ上に直接搭載され、光のトップオブラックスイッチに接続されるラックサーバーが当たり前になるかもしれません。メモリボトルネックも光リンクによって解消される可能性があり、例えばメモリモジュールをプロセッサーに光で接続することで、遠距離でもより大きな帯域幅を実現できる（大規模な共有メモリプールのための「光メモリ分離化」について語る研究者もいます）。まとめると、将来のデータセンター（ひいては将来のクラウドサービス）は、シリコンフォトニクスによって実現されるあらゆるレベルでの光インターコネクトのファブリック上に構築される可能性が高いでしょう。
• すべての人のためのテラビット・ネットワーキング: ネットワークリンクの容量は今後も飛躍的に向上し続けます。1.6 Tb/s、3.2 Tb/s、さらには6.4 Tb/sの光トランシーバーが2030年代初頭には1つのモジュールで実現される見込みです。これらの速度は驚異的で、3.2 Tb/sのリンクなら4K映画をミリ秒のほんの一部で転送できます。これらの速度はデータセンターのバックボーンや通信ネットワークで使用されますが、間接的に消費者にも恩恵があります（より高速なインターネット、より堅牢なクラウドサービス）。2035年までに、アナリストはフォトニック集積回路市場が主にAIやデータセンター向けのこれらのトランシーバーによって500億ドル以上に達すると予測しています^[107]。800Gや1.6Tが新たな100Gとなり、ネットワークの主力リンクになるかもしれません。そして、ボリュームが増えることでビットあたりのコストが下がり、高速接続がより安価かつ普及するでしょう。消費者向けデバイス（例えば、非常に高帯域幅のリンクをPCやコンソールに必要とするVRヘッドセットなど）でも、遅延や損失なく数十～数百ギガビットを運ぶ光USBや光Thunderboltケーブルが使われる可能性も現実的です。
• 通信の革命: 通信分野では、シリコンフォトニクスが全光ネットワークの実現を大きく後押しします。集積フォトニクスによるコヒーレント光通信は、（高度なコンスタレーションや集積型トランシーバーDSPなどにより）1波長あたり1Tb/sを超えてスケールする可能性があります。これにより、マルチテラビットの光チャネルが経済的になり、必要なレーザーやファイバーの数が削減されます。シリコンフォトニクスはまた、再構成可能光アドドロップ多重化装置（ROADM）やその他のネットワーク機器をよりコンパクトかつ省電力にし、その結果、より大容量の5G/6Gネットワークや高品質な光ファイバー家庭向けインフラの展開を促進します。特に注目すべき分野は、ケーブルテレビ／光アクセス向け集積レーザーです。シリコン上の安価な可変レーザーにより、各家庭が100G対称型光ファイバーリンクを持つことも可能になるかもしれません。光機能を集積することで、通信事業者は中央局やヘッドエンドを簡素化できます。つまり、シリコンフォトニックチップによって舞台裏で支えられ、さらに高速かつ信頼性の高いインターネットサービスが、より低コストで提供される可能性が高まります。
• AIコンピューティングと光エンジン: AI分野では、LightmatterやLightelligenceのような企業が成功すれば、光コプロセッサがデータセンターで初めて登場するかもしれません。これらは光を使って行列演算やグラフ解析を加速し、ワットあたりの性能を飛躍的に向上させる可能性があります。5年以内に、一部のデータセンターではGPUと並んで光AIアクセラレータのラックが設置され、特定のタスク（例えばリアルタイムサービス向けの超高速推論など）を非常に高速に処理することも考えられます。完全な光コンピュータがまだ限定的であっても、ハイブリッドな電気・光アプローチ（論理制御は電子回路、データ転送や積和演算はフォトニクス）がAI性能のスケーリングを維持する重要な戦略となるかもしれません。発熱や消費電力を削減することで、フォトニクスはAIモデルが数兆パラメータ規模に拡大しても学習を現実的に保つ助けとなります。要するに、シリコンフォトニクスは、AIモデルのサイズや学習データを1000倍に拡大しても電力網を圧迫しない「秘密のソース」になるかもしれません。
• 消費者向けテクノロジーへの影響: シリコンフォトニクスの多くは現在ビッグアイアン（データセンターやネットワーク）で使われていますが、最終的には消費者向けデバイスにも波及していくでしょう。明らかな候補はAR/VRヘッドセットです（膨大なデータを小さなディスプレイやカメラに送る必要があり、光インターコネクトが役立つ可能性があります）。他には、消費者向けLiDARや深度センサーも挙げられます。将来のスマートフォンやウェアラブルには、健康モニタリング用（Rockley Photonicsが目指していたような）や環境の3Dスキャン用の小型シリコンフォトニックセンサーが搭載されるかもしれません。IntelのMobileyeはすでに自動車にシリコンフォトニックLiDARを搭載すると示唆しており、2020年代後半には新車にフォトニックチップが統合され、自動運転センサーを静かに制御しているかもしれません^[108]。時間が経ちコストが下がれば、こうしたセンサーが日常のデバイスにもさらに普及する可能性があります（シリコンフォトニックセンサーを使い、手首で光学分光法により非侵襲的にグルコースや血液分析を行うスマートウォッチを想像してみてください――実際にそのコンセプトに取り組んでいる企業もあります）。ハイエンドのオーディオ/ビジュアル分野でも、光チップがカメラを改良したり（LiDARによるフォーカスや写真の3Dマッピング）、ホログラフィックディスプレイを実現したり（シリコン上の空間光変調器が進化すれば、やや投機的ですが不可能ではありません）する可能性があります。10年後には、消費者は今日MEMSセンサーを無意識に使っているのと同じように、知らず知らずのうちにシリコンフォトニクスをガジェットで使っているかもしれません。
• 量子領域におけるフォトニクス: さらに未来を見据えると、量子フォトニック技術が成熟するかもしれません。PsiQuantumなどが成功すれば、特定のタスクで従来のスーパーコンピュータを凌駕するフォトニック量子コンピュータが登場し、チップ上で数百万個のもつれた光子が処理される可能性もあります。それは、最初の電子計算機に匹敵するほど画期的な出来事となるでしょう。2030年以降になるかもしれませんが、その間にも量子シミュレータやネットワーク化された量子通信システムがシリコンフォトニクスを使って実現するかもしれません。例えば、安全な量子通信リンク（QKDネットワーク）が、標準化されたシリコンフォトニックQKD送信機をデータセンターに設置することで都市規模のネットワークに展開される可能性があります。また、チップ上の量子センサー（量子レベルの感度を持つ光ジャイロスコープなど）がナビゲーションや科学分野で利用される可能性もあります。
• 継続的な研究と新たな地平: シリコンフォトニクス分野自体も進化し続けます。研究者たちはすでに3D集積――フォトニックチップと電子チップを積層し、より密接に結合する方法（例えば、フォトニックインターポーザーをCPUの下に配置するためのマイクロバンプや接合技術の研究）――を模索しています。また、チップ上の光ネットワーク（ONoC）についても議論されています。これは、電気的ネットワークオンチップの代わり、あるいはそれに加えて、プロセッサがコア間通信に光を使うというものです。将来的に多コアCPUが内部光ネットワークを使うようになれば、チップ内の帯域幅ボトルネックが解消されるかもしれません（これはもう少し先の話ですが、概念実証は研究室でなされています）。ナノフォトニクスも登場する可能性があります。これは、非常に高速または極小フットプリントで動作するプラズモニックやナノスケールの光学部品で、特定の用途でシリコンフォトニクスと統合される可能性があります（超小型変調器など）。そして、いつか誰かが巧妙な材料技術でシリコンレーザーを実現するかもしれません――それができれば、フォトニック集積は本当に簡素化されるでしょう。
• 市場および業界の見通し: 経済的には、シリコンフォトニクス市場の急成長が予想されます。IDTechXによると、2035年までに約540億ドルの市場価値が見込まれています^[109]。特に、データ通信が大部分を占める一方で、そのうち約110億ドルは非データ用途（通信、LiDAR、センサー、量子など）から生まれる可能性があります^[110]。つまり、この技術の恩恵は多くの分野に広がることになります。また、業界の大きな変動や提携も見られるかもしれません。例えば、テック大手がフォトニクスのユニコーン・スタートアップを買収する（NvidiaがAyar LabsやLightmatterを買収して光コンピューティングでリードを確保する、など）可能性もあります。利害が大きくなるにつれ、こうした動きも現実味を帯びてきます。さらに、国際競争も激化する可能性があり、各国政府が主導権確保のために大規模な投資を行うことも考えられます（半導体産業が戦略的とみなされているのと同様に）。シリコンフォトニクスは国家の技術戦略の重要な一部となり、さらなる研究開発資金やインフラ投資を促進するでしょう。

より広い意味で一歩引いて考えると、シリコンフォトニクスの未来は、計算と通信の境界が曖昧になる世界です。距離の制約が小さくなり、データはチップ内でも都市間でも光の糸で同じように容易に移動できるようになります。これにより、リソースの物理的な場所がほとんど問題にならない分散コンピューティングのようなアーキテクチャが実現するかもしれません。光接続によってレイテンシが低く、帯域幅が高くなるからです。計算、ストレージ、メモリがLEGOブロックのように光で接続された、真に分散化されたデータセンターが登場する可能性もあります。フォトニクスによるエネルギー効率の向上は、デジタルインフラのエネルギー需要が増大する中で、よりグリーンなICTにも貢献するでしょう。

業界のベテランの言葉を借りれば、「シリコンフォトニクスをスケールさせる旅は、挑戦的であると同時に非常にエキサイティングだ。」^[111] 今後数年は間違いなく障害もあるでしょうが、それを乗り越えようという学術界と産業界の共通の決意があります。材料科学、半導体工学、フォトニクスを連携させたコラボレーションとイノベーションによって、専門家たちはこれらの課題を克服し、シリコンフォトニクスの可能性を最大限に引き出せると自信を持っています^[112]。将来の展望としては、この技術が周辺（デバイスの接続や特殊システムの補強）から、コンピューティングと接続性の中心へと移行していくことが予想されます。まさに今、私たちは新しい時代の夜明けを目撃しているのです――電子だけでなく光が、現代生活を支えるデバイスやネットワークを通じて情報の命脈を運ぶ時代。その変革は、今後10年、そしてそれ以降にわたって展開していくことでしょう。

出典: シリコンフォトニクスの定義と利点 ^[113][114]; センシング、LiDAR、量子分野での応用 ^[115][116]; データセンターとAIの動向 ^[117], ^[118]; 専門家のコメントと見解 ^[119], ^[120], ^[121]; 業界リーダー ^[122]; 最近のニュースと投資 ^[123], ^[124], ^[125]; 将来予測 ^[126]

References

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