TDKと日本大学が素子開発　AI演算を加速する「スピンフォトディテクター」

2025年4月15日、日本のTDKが日本大学と共同で、磁気技術を用いた高速光検知素子「スピンフォトディテクター」を開発したと発表した。
光通信によってAI演算の高速化を可能にする技術で、ARグラスやセンサーなどへの応用も可能だという。

TDKによる光電融合というコンセプト

現在のAI演算は、CPUやGPU間の通信速度がボトルネックとなっており、光通信技術の導入が急務だとされている。
そんな中、TDKが開発した「スピンフォトディテクター」は、磁気と光の融合により実現した新たな光検知素子で、演算速度を高めるポテンシャルを持つ。

従来のフォトダイオードに比べて10倍以上の反応速度を持ち、800ナノメートルの波長において20ピコ秒という速度での光検出を可能にした。
これは従来の半導体を用いた光検知素子と比較して10倍以上の反応速度となる。

根幹を成すのは、HDD用磁気ヘッドで培われたMTJ素子（※）で、光が素子に当たると、磁界に変化が生じ、それが電圧変化として出力される。

素子は、エピタキシャル層だけでなく一般的なガラス基板上にも形成でき、高温プロセスも不要であることから、製造の柔軟性にも優れている。

エレクトロニクス、フォトニクス、スピンの三技術を融合した「光電磁融合技術」として、この素子はTDK独自の技術的方向性を示している。
TDKの福澤英明氏は、「生成AIの性能は単に半導体の性能で決まるものではなく、データのイン／アウトでも決まる」と述べ、デジタル信号からアナログ的な光信号への転換が必要であることを強調した。

※MTJ（Magnetic Tunnel Junction）素子：
磁性体と絶縁体を交互に積層した構造で、スピントロニクス分野において情報の読み書きに用いられる電子素子。HDDや磁気メモリに広く利用されている。

スマートグラスから宇宙まで広がる応用

スピンフォトディテクターの応用は、データセンターにとどまらない。

TDKの光送信技術「TFLN」(※)との組み合わせにより、小型の光トランシーバーとして、AR/VR用スマートグラスや航空宇宙分野、医療用ヘルスケア機器、さらにはイメージセンサーなど多岐にわたる分野での実装が期待されている。
これまで高速検知が困難とされていた可視光帯にも対応できることから、これまで以上に軽量かつ柔軟な光通信機器の設計が可能になると考えられる。

製品化は3〜5年後を想定しており、2025年度中には特定顧客へのサンプル提供も予定されている。
現在は、素子の信頼性確認とエコシステム構築が進行中であり、将来的には半導体メーカーとの連携を強化していく構えだ。

スピン技術はまだ産業界に広く定着しているとは言い難く、サプライチェーンや製造設備の整備は不可欠となるだろう。
先行するフォトニクス企業などとの競争は激しいが、エコシステムを構築できた際のリターンは大きいと考えられる。

※TFLN（Thin Film Lithium Niobate）：
ニオブ酸リチウム薄膜を用いた光送信技術で、光信号の高効率変換と小型化が可能な材料プラットフォーム。TDKが次世代光通信機器向けに開発を進めている。