[랩큐멘터리]6G 통신의 핵심 '초고주파 집적회로'

포스텍 MADs 연구실

올해 6월 삼성전자가 6세대(6G) 테라헤르츠(THz) 대역에서 통신 시스템 시연에 성공했다. LG전자도 8월 6G THz 대역을 활용해 통신 신호를 100m 이상 전송하는 데 성공하며 6G 기술에 한 발짝 더 다가섰다. 5G보다 데이터 전송 속도가 최대 50배 빠른 6G는 ‘꿈의 통신 기술’로 불린다.

하지만 6G를 구현하려면 최대 100기가헤르츠(GHz)까지 올라가는 동작 주파수를 감당할 통신 시스템과 부품이 필요하다. 송호진 포스텍 전자전기공학과 교수가 이끄는 MADs(Microwave Antenna, Device and System·매드)’ 연구실은 6G 이동통신을 구현할 집적회로를 개발하고 있다.
송 교수는 “6G 통신은 시속 2km로 화물을 싣고 달리는 기차를 시속 200km로 속도를 100배 높이면서 동시에 화물은 그대로 운송하는 것과 마찬가지”라며 “고속으로 동작할 때 부품은 스트레스를 많이 받을 수밖에 없는 만큼 이를 기술적으로 해결해야 한다”고 말했다.

이동통신 기술은 10년을 주기로 세대가 교체되며 진화하고 있다. 업계에서는 2020년 5G 시대가 열린 만큼 2030년 6G 시대가 시작될 것으로 전망한다. 현재 3GHz 수준인 동작 주파수가 6G에서는 100GHz까지 올라간다. 이 때문에 기존의 집적회로의 물리적 한계를 극복하고 6G의 초고주파를 처리할 새로운 집적회로가 필요하다.

MADs 연구실은 200GHz 이상 초고주파 대역에서 50Gbps(초당 기가비트)급 데이터를 무선으로 전송하는 실험에 성공하며 THz 통신이 가능함을 입증했다. 이는 현재 5G보다 속도가 50배 빠르다. 조만간 4세대(4G) LTE(롱텀에볼루션)와 5G에서 대용량 데이터 전송을 위해 사용되는 다중안테나(MIMO) 기술을 이용해 1000Gbps급으로 전송률을 더욱 끌어올리는 연구도 진행할 계획이다.

연구실은 CMOS(상보형 금속산화반도체) 기술을 토대로 70~80GHz 대역 송수신 집적회로를 개발해 50Gbps급 무선 데이터 전송에도 성공했다. 향후 6G 후보 주파수 대역인 140GHz와 300GHz으로 발전시켜 궁극적으로는 1000Gbps급 초고속 무선 통신 시스템 개발도 목표로 하고 있다. 송 교수는 “국내에서 테라헤르츠 대역에서 무선 통신에 필요한 계측 장비와 소프트웨어등 연구 인프라를 모두 갖춘 유일한 연구실”이라고 말했다.

연구실은 ‘꿈의 컴퓨터’로 불리는 양자컴퓨터에 필요한 초고주파 집적회로도 개발하고 있다. 송 교수는 “6G와 양자컴퓨터는 이질적인 분야처럼 느껴지지만, 초고주파 집적회로를 사용한다는 공통분모를 갖고 있다”며 “절대온도 0도인 영하 273도에서 동작하는 양자컴퓨터용 초저온 증폭기를 국내 최초로 개발해 최근 신호 증폭을 확인했다”고 말했다. 연구진은 이 내용으로 논문 투고를 준비하고 있다.

송 교수는 “테라헤르츠파는 아직 인간이 사용하지 못하고 있는 전파 자원이며, 양자컴퓨터도 오랫동안 꿈의 기술로 여겨지고 있다”며 “반도체 집적회로를 이용해 미개척 분야를 개척하고 이를 통해 새로운 기술 패러다임을 세상에 알리고 싶다”고 말했다.

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[이현경 기자 uneasy75@donga.com]

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[랩큐멘터리]6G 통신의 핵심 '초고주파 집적회로'