NTT Technical Review · April 2026
Ultra-wideband Analog ICs Using InP Semiconductors to Overcome the Limits of Optical Communications
Original abstract: Advances in the communication environment, which supports the increasing volume of communication traffic, have been driven by improvements in digital signal processing and the performance of integrated circuits (ICs). However, it has become apparent that limitations in hardware performance are making fundamental improvements in bandwidth and speed increasingly difficult. Ultra-wideband analog ICs can provide a breakthrough in overcoming these limitations. This new technology makes it possible to move away from the conventional method of relying solely on the continued scaling of silicon-based semiconductors. In this article, we spoke with Munehiko Nagatani, a distinguished researcher at NTT Device Technology Laboratories and a leader in the field of ultra-wideband analog ICs.
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Simplified Summary / Resumen Simplificado / 簡易解説
Introduction
Imagina que cada vez que ves una serie en streaming, haces una videollamada o usas un asistente de inteligencia artificial, estás enviando una cantidad enorme de información a través de cables de fibra óptica que rodean el planeta. El tráfico de datos en internet no para de crecer, y los sistemas que lo transportan necesitan volverse más rápidos y capaces constantemente. El problema es que los chips de computadora tradicionales, fabricados con silicio, están llegando a sus límites físicos: ya no pueden hacerse mucho más pequeños ni más rápidos con los métodos actuales.
Aquí es donde entra una tecnología fascinante: los circuitos integrados analógicos de ultra-ancho de banda, fabricados con un material especial llamado fosfuro de indio (InP). Piensa en esto como cambiar de una autopista de dos carriles a una superautopista de diez carriles, no construyendo más carreteras, sino usando un material completamente diferente para las señales. Estos chips no solo procesan información de forma digital (en 0s y 1s), sino que trabajan en el mundo analógico, es decir, con señales continuas y graduales, como las notas de un instrumento musical en lugar de simples golpes de tambor.
El investigador Munehiko Nagatani y su equipo en NTT han logrado algo extraordinario: crear chips que operan con un ancho de banda de 200 GHz, una velocidad que supera ampliamente lo que los chips de silicio convencionales pueden alcanzar. Gracias a esto, han conseguido transmitir 2 terabits de datos por segundo en una sola longitud de onda de luz, un récord mundial. Este avance podría ser la clave para satisfacer la sed de datos del futuro.
Key Concepts
Ancho de banda
Es la cantidad de información que puede transmitirse por segundo. Un mayor ancho de banda es como tener una tubería más ancha: puede fluir más agua (datos) al mismo tiempo.
Señal analógica vs. digital
Una señal digital solo tiene dos estados: encendido (1) o apagado (0). Una señal analógica, en cambio, puede tener cualquier valor intermedio, como el volumen de tu voz, lo que permite transportar mucha más información a la vez.
DAC y ADC
Un DAC (convertidor digital-analógico) transforma los datos digitales en señales analógicas para enviarlas. Un ADC (convertidor analógico-digital) hace lo contrario al recibirlas. Son como traductores entre dos idiomas diferentes.
Fosfuro de indio (InP)
Es un material semiconductor distinto del silicio, capaz de manejar señales extremadamente rápidas. Es como comparar una bicicleta de montaña (silicio) con un avión de carreras (InP) en términos de velocidad.
AMUX y ADEMUX
Son los chips ultra-rápidos creados por Nagatani. AMUX combina varias señales en una sola señal de alta velocidad para enviarlas; ADEMUX hace el proceso inverso al recibirlas, como una sala de correos que agrupa y reparte paquetes.
Tecnología coherente digital
Un método moderno de comunicación óptica que codifica información no solo en si la luz está encendida o apagada, sino también en su intensidad, fase y polarización, multiplicando enormemente la capacidad de transmisión.
What to Expect in the Full Article
El artículo original es una entrevista técnica con el investigador Munehiko Nagatani, quien explica en detalle cómo llegó a desarrollar esta tecnología, por qué el silicio ya no es suficiente, y cómo funcionan exactamente los chips AMUX y ADEMUX. Encontrarás gráficos sobre el crecimiento del tráfico de internet y comparaciones entre materiales semiconductores. El lenguaje es técnico, pero con esta introducción ya tienes el contexto necesario para seguir las ideas principales y apreciar la magnitud del avance que se describe.
Disclaimer (🇪🇸): Este sitio es un proyecto independiente de divulgación educativa. Los resúmenes son generados por IA a partir de artículos de NTT Technical Review. No está afiliado a NTT. El objetivo es facilitar el entendimiento previo a la lectura del artículo original.
Introduction
Every time you stream a video, join a video call, or chat with an AI assistant, you're sending a huge river of data racing through fiber-optic cables that crisscross the globe. That river is getting bigger every year — and the hardware that keeps it flowing is starting to hit a wall. The tiny silicon chips that power our internet infrastructure can only be shrunk so far before the laws of physics say 'no further.' So how do we keep up with humanity's ever-growing hunger for data?
The answer, according to researcher Munehiko Nagatani at NTT, lies in a clever combination of two ideas: switching from silicon to a different material called indium phosphide (InP), and leaning into the power of analog signals. Think of digital signals as a light switch — it's either on or off. Analog signals are more like a dimmer switch, able to express infinite shades between fully on and fully off. By using analog circuits made from InP, Nagatani's team has built chips that can handle signals at mind-bending speeds — up to 200 GHz of bandwidth — far beyond what conventional silicon chips can manage.
The results speak for themselves: these chips have already been used to transmit 2 terabits of data per second on a single beam of light — a new world record. To put that in perspective, that's roughly equivalent to downloading 500 movies in one second, on a single wavelength of light. This technology could be the key to building the ultra-fast internet infrastructure the world will need in the coming decades.
Key Concepts
Bandwidth
Think of bandwidth as the width of a highway. The wider it is, the more cars (data) can travel at once. These new chips dramatically widen that highway for optical communications.
Analog vs. Digital signals
Digital signals are like a light switch — only on (1) or off (0). Analog signals are like a dimmer switch, able to represent a smooth range of values. Modern fiber optics use analog techniques to pack far more information into every beam of light.
DAC and ADC
A DAC (Digital-to-Analog Converter) translates digital computer data into a flowing analog signal for transmission, like translating written text into spoken words. An ADC (Analog-to-Digital Converter) does the reverse at the receiving end.
Indium Phosphide (InP)
A semiconductor material that, unlike common silicon, can handle extremely fast electrical signals. If silicon is a reliable family sedan, InP is a Formula 1 racing car — purpose-built for raw speed.
AMUX and ADEMUX
The breakthrough chips at the heart of this research. The AMUX (Analog Multiplexer) combines multiple slower signals into one blazing-fast signal for transmission. The ADEMUX (Analog Demultiplexer) splits it back apart at the other end — like a postal hub that bundles packages for shipping, then sorts them on arrival.
Digital Coherent Technology
A clever optical communication method that encodes data not just in whether light is on or off, but also in its brightness, wave phase, and polarization — essentially using every property of light to carry more information at once.
What to Expect in the Full Article
The full article is a detailed interview with Nagatani himself, walking you through the journey from recognizing silicon's limits to building record-breaking InP chips. He explains — in accessible terms, with helpful diagrams — how the AMUX and ADEMUX circuits work, why analog technology is surprisingly essential for digital communications, and what milestones his team has already achieved. Some technical terminology will appear, but armed with the concepts above, you'll be well-prepared to follow the core ideas and share in the genuine excitement of a technology that could reshape how the world communicates.
Disclaimer (🇺🇸): This site is an independent educational project. Summaries are AI-generated from NTT Technical Review articles. Not affiliated with NTT. The goal is to aid understanding before reading the original article.
Introduction
動画をストリーミングしたり、オンライン会議に参加したり、AIアシスタントと会話したりするたびに、膨大なデータが光ファイバーケーブルを通じて地球を駆け巡っています。そのデータ量は年々増え続けており、インターネットを支えるハードウェアはいよいよ限界に近づいています。私たちが長年頼りにしてきたシリコン製の半導体チップは、これ以上小さく、速くするのが物理的にほぼ限界に達しているのです。では、増え続けるデータ需要にどう応えればいいのでしょうか？
NTTの研究者・長谷川宗彦氏が取り組むのは、その突破口となる技術です。鍵となるのは2つのアイデアの組み合わせです。1つは、シリコンとは異なる素材「インジウムリン（InP）」の活用。もう1つは、アナログ信号の力を最大限に引き出すことです。デジタル信号は電気のオン・オフ（0と1）しか表現できませんが、アナログ信号は照明の調光スイッチのように、あらゆる中間値を表現できます。このアナログ回路とInP素材を組み合わせることで、従来のシリコンチップでは到底届かなかった200GHzという超広帯域幅を実現しました。
その成果は驚異的です。このチップを使って、1つの光の波長で毎秒2テラビット（Tbit/s）のデータ伝送に成功し、世界記録を樹立しました。これは1秒間に500本の映画をダウンロードできるスピードに相当します。この技術は、これからの時代に必要とされる超高速通信インフラを実現する、まさに「ゲームチェンジャー」となりえる発見です。
Key Concepts
帯域幅（バンド幅）
一度に送れるデータ量の「広さ」のこと。高速道路の車線数に例えると、車線が多いほど（帯域幅が広いほど）同時に多くの車（データ）が通れます。このチップは、その高速道路を劇的に広げます。
アナログ信号とデジタル信号
デジタル信号はオン（1）かオフ（0）の2値しか持ちません。一方、アナログ信号は調光スイッチのように連続した中間値を持てます。現代の光通信は、このアナログの表現力を活かして一度に大量の情報を運んでいます。
DACとADC
DAC（デジタル・アナログ変換器）はコンピュータのデジタルデータをアナログ信号に変換して送信します。ADC（アナログ・デジタル変換器）は受信側でその逆を行います。2つの「言語」を橋渡しする翻訳者のような存在です。
インジウムリン（InP）半導体
一般的なシリコンとは異なる半導体材料で、非常に高速な電気信号を扱えます。シリコンが「信頼性の高い普通車」なら、InPは「フォーミュラ1のレースカー」です。速度のために特化した素材です。
AMUXとADEMUX
今回の研究の核心となる超高速チップです。AMUX（アナログ多重化回路）は複数の低速信号を1本の超高速信号にまとめて送信し、ADEMUX（アナログ分離回路）は受信側でそれを元に戻します。荷物を束ねて配送し、届け先で仕分けする物流センターのようなイメージです。
デジタルコヒーレント技術
光の「強さ」だけでなく「位相」や「偏波」など、光の複数の性質を使って情報を詰め込む高度な光通信技術です。光のあらゆる特性を活用することで、伝送容量を飛躍的に高めています。
What to Expect in the Full Article
本記事は、長谷川研究員へのインタビュー形式で構成されており、シリコンの限界を認識してから世界記録となるInPチップを開発するまでの歩みを丁寧に解説しています。AMUXとADEMUX回路の仕組み、なぜデジタル通信にアナログ技術が不可欠なのか、そして研究チームがすでに達成したマイルストーンについて、図表を交えて説明されています。専門用語は登場しますが、この導入で得た知識があれば、技術の核心を理解し、世界を変えるかもしれない発見の興奮を十分に共有できるはずです。
Disclaimer (🇯🇵): このサイトは独立した教育目的のプロジェクトです。要約はNTT技術ジャーナルの記事からAIが生成したものです。NTTとは無関係です。目的は元の記事を読む前の理解を助けることです。