共同パッケージ光学部品（CPO）技術

人工知能（AI）と機械学習ワークロードの急激な増加は、世界中のデータセンターインフラにパラダイムシフトをもたらしています。従来の銅線ベースのインターコネクトでは、大規模なGPUクラスターの需要への対応が困難になっていますが、Co-Packaged Optics（CPO）は、かつてない帯域幅、低レイテンシ、そして大幅な省電力を実現する革新的な技術として登場しました。CPOの設計、製造、そして商用化における近年の飛躍的な進歩は、世界中の高性能コンピューティングとAI駆動型データセンターの未来を再定義する力となっています。  

CPOテクノロジーの台頭

CPOは、光エンジンをスイッチチップまたはコンピューティングチップ（ASIC）と同一パッケージ内に直接統合する高度なパッケージング技術であり、従来のプラガブル光モジュールが不要になります。電気部品と光部品間の距離を短縮することで、CPOは信号損失を最小限に抑え、消費電力を30～50%削減し、ポートあたり1.6Tbps～3.2Tbpsという高いデータレートを実現します。このイノベーションは、数千個のGPUが低遅延・高帯域幅の通信を必要とするAIクラスターにとって極めて重要であり、電気経路の短縮により遅延を最大60%削減します。  

最近の技術革新

シリコンフォトニクス分野は、近年のCPO技術の進歩の中核を担っています。Broadcom、NVIDIA、TSMCといった世界的リーダー企業は、2.5Dおよび3Dパッケージング技術を用いて、シリコンベースの光エンジンとコンピューティングチップの統合において大きな進歩を遂げてきました。例えば、Broadcomの第3世代CPOプラットフォームは、シリコンフォトニクスと2.5D統合により、チャネルあたり200Gbpsの速度を実現し、前世代の2倍の性能と消費電力の半減を実現しています。TSMCのCOUPE技術を活用したNVIDIAのQuantum-X InfiniBandスイッチは、144ポート（各ポート800Gbps）をサポートし、合計115Tbpsの帯域幅を提供します。このスイッチは、1kW/cm²を超える熱負荷にも対応できるよう、液体冷却も備えています。  

レーザーソーシングとファイバー接続のイノベーションも進歩を牽引しています。CPOシステムは、安定性を確保し、保守を簡素化するために外部レーザーソースに依存しています。偏波保持ファイバーはここで重要な役割を果たし、長距離にわたってレーザー偏波状態を維持することで信号の完全性を維持します。Sterlite Technologies Inc. (STI)などの企業は、スイッチ内の高密度で複雑なルーティングに対応する耐屈曲性ファイバーなど、CPO向けにカスタマイズされた特殊なファイバーバリアントを開発しました。  

高密度ファイバー管理ソリューションは、CPOスイッチが何千もの接続を管理するために不可欠です。ファイバーシャッフルボックスとMPO/MTPコネクターは現在、ファイバーアレイを効率的に編成するために使用されています。たとえば、単一の51.2T CPOスイッチには1,152本を超えるファイバーが必要な場合があり、72ファイバーMPOコネクターを使用して管理することでフロントパネルの乱雑さを軽減します。フレキシブル光バックプレーンはカスタマイズ可能なファイバールーティングを可能にし、従来のパッチパネルに比べてポート密度を20倍に増加させます。  

業界での採用と商業化

CPO市場は、テクノロジー大手とクラウドプロバイダーの牽引により、研究段階から大規模導入へと移行しつつあります。NVIDIAは、AIデータセンターをターゲットとしたCPOベースのQuantum-X InfiniBandおよびSpectrum-X Ethernetスイッチを2026年に発売する予定です。Broadcomは、Delta ElectronicsおよびFoxconnと提携し、コンパクトな液冷式CPOスイッチを開発し、システムレベルの消費電力を40%削減します。MACOMなどの主要企業は、1.6T/3.2Tアプリケーション向けのCPO光エンジンを開発しており、2026年までに商用サンプルの出荷が予定​​されています。 

市場見通しと予測

業界分析によると、CPOの出荷台数は飛躍的に増加し、3.2Tポートは2029年までに1,000万台を超えると予測されています。この成長は、ハイパースケールデータセンターが百万GPU規模のクラスターをサポートするためにCPOを必要とするAIの拡大によって促進されています。また、エネルギー効率規制もCPOの導入を促進しており、CPOの省電力性は世界的な持続可能性目標と一致しており、データセンターのPUEを1.1未満に抑える可能性も秘めています。さらに、製造歩留まりの向上によりCPOのコストが低減し、コスト削減もCPOの導入を後押ししています。  

課題と今後の方向性

CPOは有望であるにもかかわらず、高出力ASICや光学部品の熱管理といった課題に直面しており、液冷などの高度な冷却ソリューションが求められます。OIFやCCITAといった業界コンソーシアムは、相互運用性を確保するためのCPO標準の確立に取り組んでいます。また、CPOの統合設計は部品交換を複雑にするため、メンテナンスも課題の一つです。そのため、着脱式光学エンジンなどの革新が求められています。今後の開発では、2026年までにチャネルあたり400Gbpsの速度を実現すること、レーザーのパッケージ化による高集積化、そしてチップ間通信のための光I/Oに重点が置かれるでしょう。  

これが世界の業界にとってなぜ重要なのか

CPOは単なる段階的なアップグレードではなく、データセンターの根本的なアーキテクチャ転換です。消費電力を削減することでAIの持続的な成長を可能にし、運用コストの削減を通じて経済効率を高め、現在CPOに投資している企業は、次世代のコンピューティングイノベーションをリードする立場を確立します。このテクノロジーは、急速に進化するデジタル環境において競争優位性を維持するために不可欠です。 

CPOが支える未来

CPOテクノロジーは、比類のないパフォーマンスと効率性を提供し、AIドリブンデータセンターのバックボーンとなることが期待されています。業界リーダーが商用化を加速し、地域のプレーヤーが材料とパッケージのイノベーションを推進する中、CPOは高速接続の限界を再定義する態勢を整えています。2026年から2027年にかけて、CPOの普及が進む時代は、計算能力と持続可能性の新たな時代を告げるでしょう。企業と投資家にとって、CPOの軌跡を理解することは、AIインフラ、クラウドサービス、半導体エコシステムにおける機会を活用するために不可欠です。