ETRI, 데이터 폭증 해결 광원 소자 개발

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 전계흡수형 광원 소자의 전송특성을 시연하고 있다. ETRI 제공

국내 연구진이 초대형 데이터센터, 5G·6G 이동통신 기지국 등에 쓰일 수 있는 광원 소자를 개발했다. 이번에 개발된 기술은 5GB 용량 풀HD 영화를 1초에 5.6편을 보낼 수 있다. 

한국전자통신연구원(ETRI)은 데이터센터의 내부 네트워크에서 채널당 224기가비트퍼섹(Gbps‧1Gbps는 1초에 대략 10억비트) 광신호를 전송할 수 있는 밀리미터(mm) 크기 이하의 전계흡수변조형 광원 소자 기술을 독자 개발하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

연구진은 그동안 모듈 개발 위주에서 벗어나 핵심 원천 기술인 칩 단위로 개발했다고 강조했다. 광원 칩의 핵심기술을 개발했다는 설명이다. 광모드 변환기와 모니터링 광검출기가 단일 집적된 전계흡수변조형 광원 소자를 설계부터 제작 단계까지 모두 국내 기술력으로 개발됐다.

기존 데이터센터 내부에 사용되는 광트랜시버의 경우 채널당 최대 100Gbps 광신호를 전송할 수 있는 전계흡수변조형 광원 소자가 사용된다.

연구팀은 변조대역폭 및 데이터 처리용량을 두배 높여 채널당 224Gbps 광신호 전송이 가능한 세계 최고 수준의 전계흡수변조형 광원 소자를 제작했다. 

광결합 효율을 증가시킬 수 있는 광모드 변환기와 실시간으로 광원 소자의 광출력 세기를 모니터링할 수 있는 광검출기를 세계 최초로 224Gbps 전계흡수변조형 광원 소자에 단일 집적했다. 

광모드 변환기 집적을 통해 광결합 효율을 대폭 개선해 광도파로와의 결합 효율을 기존 50%에서 85%로 증가시켜 에너지 소모 절감을 가능하게 했다.

광출력 세기를 모니터링하는 광검출기 단일집적을 통해 기존 별도의 광검출기 사용 구조 대비 단일 채널 광모듈은 물론 800G/1.6Tbps급 광모듈 제작에서 패키징 비용을 크게 절감할 수 있게 됐다. 

연구진이 이번에 개발한 224Gbps 전계흡수변조형 광원 소자는 세계 최고 수준인 70도에서 70GHz 이상의 변조대역폭을 보였다. 상온뿐만 아니라 70도 환경에서도 224Gbps, 2km 광전송이 가능한 것으로 나타났다.

연구진이 개발한 광원 소자가 향후 상용화되면 대용량 데이터센터 내부의 타워랙에 내장된다. 광원 소자는 광트랜시버(광송수신 모듈) 송신부에 들어간다. 광트랜시버가 타워랙 내부의 라인카드에 꼽히게 되는 셈이다. 일반적으로 224기가(G) 8채널 광트랜시버 32개가 하나의 라인카드를 구성하며 다수의 라인카드가 타워랙에 장착된다.

백용순 ETRI 입체통신연구소장은 “빠르게 성장하는 데이터센터 및 5G/6G 시장에 적용할 수 있는 핵심기술을 세계 최초로 개발하면서 국내 광소자 및 부품 산업의 경쟁력 확보에 기여할 수 있게 됐다”고 말했다.

한영탁 ETRI 광통신부품연구실 책임연구원은 “공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체의 경우 핵심원천기술 확보 및 안정적인 파운드리 운영이 최대 관건인데 이중 핵심기술을 개발해 해결한 셈이다”고 밝혔다.

연구진은 개발한 광원 기술을 활용하여 국내·국제 특허를 출원했다. 국내 광부품업체에 기술이전해 데이터센터 및 5G/6G 시장에서 글로벌 기업들과 경쟁할 수 있도록 지원할 계획이다.

연구 결과는 지난해 3월 미국 샌디에이고에서 개최된 광통신 학술회의 ‘OFC’에서 발표됐다. 같은 해 국제학술지 ‘IEEE JLT’에 게재됐다.

224Gbps 전계흡수변조형 광원 소자 구조 및 성능. ETRI 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]