光スイッチの消費エネルギーを世界最小化、初めてアトジュール領域に突入
インターネットの爆発的な普及にともない、データセンタからルータまで、情報処理のさまざまなレベルにおいて消費電力と発熱が飛躍的に増大しており、これ以上の処理能力の増強が困難になりつつあります。この問題の解決策として、電気による情報処理に比べて高ビットレート（注1）におけるエネルギー消費の少ない「光情報処理ネットワーク技術」の導入が検討されています。
光技術は、電気技術に比べて情報伝送のエネルギーコストが低く、超高速動作が可能、という特徴があります。このため、すでにFTTH（注2）などに利用されていますが、この特徴は、チップの中の情報処理回路においても有効に働くと考えられています。ただし、光技術をマイクロプロセッサチップ内に導入するためには、電子素子に比べてサイズが大きい光スイッチなどの光デバイスを、いかに集積化するかが問題でした。
NTTの物性科学基礎研究所とフォトニクス研究所では、強い光閉じ込め作用をもつフォトニック結晶を利用して、従来技術では不可能な超小型でかつ集積化可能な光共振器（注3）を用いて光スイッチを作製し、アトジュール（注4）領域という極低エネルギーでのスイッチ動作を達成しました。
今後は光共振器のさらなる小型化や、光閉じ込め性能の向上により、光スイッチの消費エネルギーのさらなる低減を図ります。同時に、フォトニック結晶をベースにして、光スイッチだけでなく光メモリ、レーザ、受光器といった他の光デバイスの超小型化、低消費エネルギー化にも取り組みます。これら技術をもとに、マイクロプロセッサチップ内にさまざまな機能をもった高速光素子を多数個連結して集積する技術を開発し、消費エネルギーが小さな大容量情報処理チップの実現を目指します。
（注1） ビットレート
1秒間に送受信できるデータ量（ビット数）を指す。
（注2） FTTH
Fiber To The Homeの略。個人宅まで光ファイバを引き込む情報通信網技術。
（注3） 光共振器・光ナノ共振器
光共振器とは、光を空間的に閉じ込める機能をもつ素子。通常は反射鏡で囲んで構成する。共振器を小型化しようとすると通常の反射鏡は使えなくなるため小型化は一般に困難をともなう。従来、波長の10倍から100倍程度の小型の光共振器は光マイクロ共振器と呼ばれていたが、閉じ込め体積が光の波長と同程度になると光ナノ共振器と呼ばれている。
（注4） アトジュール
アトは十億分の１の単位として知られているナノの、さらに十億分の1の単位。ジュールはエネルギーの単位。
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大幅な低電力化が可能な「光電子融合型光パケットルータ」を開発
インターネットサービスの急成長にともない通信量が増大するなか、ルータの大容量化とともに、消費電力の削減が求められています。
現在のルータは、光信号を一旦電気信号に変換してスイッチングを行ない、光信号に再変換しています。光信号のままでスイッチングできれば、内部構造がシンプルになり、消費電力の削減と高速化を同時に実現できます。
そこで、NTTのフォトニクス研究所は、独自の光デバイス技術をベースに、光信号と電気信号それぞれのメリットを融合して「光電子融合型光パケットルータ」を開発。光から電気への変換を最小限にすることで、消費電力と遅延時間の大幅な低減が実現できるため、将来の大容量メトロネットワークでの適用が期待されています。
パケットルータ
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ICT装置バックアップ電源として大容量リチウムイオン蓄電池システムを完成
NTTファシリティーズは、新神戸電機(株)と共同で、停電時におけるICT装置のバックアップ用電源として使用される大容量リチウムイオン蓄電池システムの開発を進めてきました。すでに2009年3月には同用途向けの安全・長寿命な大容量リチウムイオン電池を開発していましたが、2010年3月に開発したバッテリーコントローラー（BCU）と組み合わせることで、蓄電池システムとして実用導入が可能になりました。
ICT装置のバックアップ用電源としては、これまで鉛蓄電池が主流でしたが、近年はとくに都市部において、鉛電池のスペース確保が課題となっており、リチウムイオン電池の特徴である省スペース化が期待されていました。
屋内に設置される蓄電池システムには、難燃性などの安全性とともに、交換コストを低減するための長寿命が求められます。また、リチウムイオン電池は鉛蓄電池などの水溶性電解液蓄電池とは異なり、電池電圧を均等化するためのBCUの開発が必要です。
両社の一連の技術開発により、こうした課題をクリアした大容量リチウムイオン蓄電池システムが完成し、今後は省スペース化への期待が高い都市部の狭隘ビルを中心に、ユーザーと協議しながら設置を進める計画です。
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リチウムイオン蓄電池システム
歩くだけで発電できる「歩行発電」の研究
NTT環境エネルギー研究所は、歩くだけで、いつでもどこでも発電できる「歩行発電」の研究に取り組んでいます。
歩行発電の仕組みは、靴底に流体が入ったタンクとタービン、発電機を搭載するものです。この靴を履いて歩行すると、つま先とかかとの下のタンクを順番に踏みつけ、タンク内の流体がタービンに流れ込み、タービンと発電機を回転させることで発電します。人間の運動エネルギーを電気エネルギーに転換するため、CO2を排出することなく発電でき、外出先での携帯電話のバッテリー切れの防止や、GPSやLEDライト、ヒーターなどを搭載した機能性靴の電源にも使用できると考えています。
2009年度は、タンクやタービンの小型化を推進し、実際の靴への取り付けを行ないました。その結果、実着用で携帯電話の通話時の消費電力と同等の平均0.8Wの発電量を確認するとともに、展示会への出展や多数の新聞・雑誌の取材を受け注目を集めました。
発電機能を搭載した試作機
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CO2排出量削減に貢献する高効率な燃料電池技術の開発
燃料のエネルギーをクリーンかつ高効率に電気へと変換するシステムとして、燃料電池に対する期待が高まっています。
NTT環境エネルギー研究所は、そのなかでも最も高効率な「固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell： SOFC）」に注目。独自の材料と構造をもつセル（発電素子）およびスタック（セル積層体）を開発し、世界トップクラスの高効率と長寿命を実現しています。
利用シーンとしては、学校やレストランへの熱と電力の同時供給（コージェネレーション）をはじめ、通信ビルやオフィスビルへの高効率電力供給などを想定しており、商用電源に比べて最大10%のCO2排出量削減が可能なシステム構築を目指して、開発を進めています。
2009年度は、SOFCセルの安定供給およびSOFCセルを用いた1.5kW級スタックの製作手法を確立し、8基の製作に至っています。今後は通信ビルなどに向けた大型SOFCシステムの開発を推進していきます。
開発したセルおよびスタックとシステムイメージ
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太陽電池の小型・高効率化を実現する独自技術を開発
情報機器に太陽電池を応用するためには、太陽電池セル（シリコンの薄い板）が出力する0.3〜0.4V程度の極低電圧から、機器が動作する5Vまでをつくりあげる必要があります。通常は、複数の太陽電池セルを直列に接続することで電圧を高めていますが、この方法では、太陽電池の一部が日陰に入ったり、汚れや、破損したりするだけで、発電量が極端に小さくなるという欠点がありました。
こうしたなか、NTT環境エネルギー研究所は、1枚の太陽電池セルからでも十分な電圧を確保できる独自の「極低電圧昇圧回路」を開発しました。この技術を用いれば、太陽電池の細かな加工が必要であった直列接続を行なうことなしに、極低電圧の出力を一気に機器動作電圧までに高めることができ、部分日陰や汚れ、破損などでも安定した電力供給が可能になります。
この極低電圧昇圧回路の有効性を確認するために、2009年度は九州大学と連携して、バングラディシュの無電化村において情報端末やLED照明用の電源としての利用実験を実施しました。さらに、この技術は、NTTエレクトロニクスにおいてIC化し、セイコーインスツル（株）〔SII〕で起動用ICと組み合わせ、携帯電話用のソーラ充電器（SII（株）製造）「FOMA ecoソーラーパネル 01」に搭載されました。
NTTドコモ「FOMA ecoソーラーパネル01」
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家庭・オフィスの省エネルギー化を実現する汎用プラットフォーム「OSAP」の開発
近年、ネットワーク技術の急激な進化・普及にともなって、パソコンなどの情報通信機器だけでなく、家電やAV機器、住宅設備、センサ類など、さまざまな機器がネットワークに接続されつつあります。しかし、これらを接続するための規格に互換性がないため、ネットワークに接続する機器が増えるたびに、新しいネットワーク環境を用意する必要が生じています。そこで現在、ネットワーク機器を相互に接続し、連携制御を可能にする標準仕様「OSGi」の技術検討が進められています。
NTTサイバーソリューション研究所では、このOSGiをもとに、家庭内のさまざまな機器をネットワークと接続させる汎用的なサービス・プラットフォーム「OSAP（OSGi Service Aggregation Platform）」の研究に取り組んでいます。OSAPとは、ネットワークに接続されたあらゆる機器に対して、必要なアプリケーションやサービスを一元的に配布するものです。接続装置を集約することで、家庭やオフィスにおけるネットワーク環境のシンプル化と省スペース化・省エネルギー化を促進する技術として期待を集めています。
2009年度は、「ホームICTプラットフォーム」というコンセプトのもと、技術開発およびサービス事業者などとのアライアンス開拓、さらにそれら事業者との技術検証を行ないました。
2010年度には、ホームICT関連の商用サービス提供が開始される予定であり、さらなる機能拡張によって、多種多様なホームICTサービスが提供できるプラットフォーム開発を継続します。
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冷却装置を必要としない省エネルギー設計の高速光通信用レーザモジュールを開発
通信容量の増大とともに通信部品の使用電力も増加するなか、環境意識の高まりを背景に、これらの省電力化が求められています。
光ファイバ通信の光源として幅広く用いられているレーザモジュールは、通常は一定温度で動作させる必要があります。このため、個別に冷却装置を搭載する必要があり、消費電力増大の大きな要因となっています。
そこで、NTTフォトニクス研究所は、レーザの活性層の両側を、ルテニウム（Ru）という原子を添加した高抵抗で放熱性にも優れた半導体層で埋め込んだレーザチップを開発。これによって85℃の高温で安定動作する10Gbit/s直接変調レーザモジュールを実用化しました。
同研究所では、さらなる低消費電力化を目指して、より高温で安定動作する光源や変調器を集積したレーザモジュールの研究開発を進めています。
レーザモジュール
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