작지만 2배 빠르다...전송량·거리 개선된 광입출력 반도체 나왔다

ETRI연구팀, 광입출력 반도체 개발
데이터 전송 속도 100Gbps… 비용도 절감
반도체 칩 소형화… 차세대 데이터센터 적용 가능

한국전자통신연구원(ETRI)이 개발한 광입출력 반도체 칩. /ETRI 제공

전기 신호가 아닌 빛으로 연결하는 광반도체가 개발됐다. 광반도체는 기존 반도체보다 작고, 비용도 저렴해 폭증하는 데이터 전송량을 수용하는 데 효과적일 것으로 기대를 모은다. 차세대 데이터센터와 고성능 컴퓨팅 네트워크에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 초당 100기가비트(Gb) 속도로 데이터를 주고받는 실리콘 포토닉스 광반도체 칩과 모듈을 개발했다고 21일 밝혔다.

기존 초고속 광통신 모듈은 여러 개별 광소자들을 조립·패키징하는 방식으로 제작됐다. 채널이 증가할수록 비용은 오르지만, 전송용량 증대와 장비 소형화는 어렵다는 문제점이 있었다. 또 전기신호로 데이터를 입·출력할 경우 대역폭은 제한되고 전력이 과도하게 소모된다는 단점이 있다. 데이터 전송 속도도 초당 50Gb로 낮은 수준이다.

ETRI는 이번에 개발한 광반도체 기술을 통해 저비용으로 전송량과 거리를 개선할 수 있다고 설명했다.

연구진이 개발한 실리콘 광송신칩은 크기가 가로 2.9mm, 세로 7.3mm, 광수신칩은 가로 2.9mm, 세로 3.4mm로 기존 광소자보다 20%가량 줄어든 크기다. 여러 광소자를 하나의 칩으로 구현해 소형화시킨 만큼, 데이터센터·고성능 컴퓨팅·인공지능 네트워크에서 발생하는 데이터 증가량으로 인한 문제를 해결할 수 있다는 설명이다.

반도체의 성능도 개선됐다. 개발된 광반도체 칩은 채널당 초당 100Gb 속도로 2km 떨어진 곳까지 전송할 수 있다. 이는 기존 반도체 칩 전송속도보다 2배 빨라진 수준이다. ETRI는 실리콘 광변조기(전기신호를 광신호 데이터로 바꾸는 소자)와 전계 강도(전기장 세기 면적당 에너지로 표시한 것)를 높여 고속 동작이 가능한 광검출기(광신호를 전기신호로 바꿔주는 소자), 신호 무결성 회로 설계 기술을 통해 개발할 수 있었다고 강조했다.

연구진은 광반도체 핵심기술을 활용해 데이터센터에서 2km 범위로 전송할 수 있는 초당 100Gb 광트랜시버 모듈을 개발했다. 또 4개 채널을 연계해 400Gb급 광인터커넥션 모듈도 함께 개발해 활용성을 검증했다.

김선미 ETRI 네트워크연구본부장은 “이 기술은 초고속 대용량 광연결을 이루는 핵심기술”이라며 “클라우드, 인공지능, 초실감 미디어 서비스 등에 필요한 광 기술을 선도적으로 개발해 향후 테라비트 속도의 빛으로 연결되는 시대의 주역이 되겠다”고 말했다.

연구 성과는 지난 11월 광통신 분야 국제학술지인 ‘옵틱스 익스프레스(Optics Express)’에 논문 다섯 편으로 공개됐다.

[참고 자료]

Optics Express DOI : https://doi.org/10.1364/OE.474256

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