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

한국전자통신연구원(ETRI)은 데이터센터의 내부 네트워크에 사용되어 채널당 224Gbps 광신호를 전송할 수 있는 밀리미터(mm) 크기 이하(0.2mm x 0.85mm)의 전계흡수변조형 광원 소자 기술을 독자 개발에 성공했다고 밝혔다.

연구진은 광모드 변환기 및 모니터링 광검출기가 단일 집적된 전계흡수변조형 광원 소자를 설계부터 제작 단계까지 모두 국내 기술력으로 개발했다.

연구진이 개발에 성공한 광원 소자는 향후 상용화가 되면 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.

연구진은 그동안 모듈 개발 위주에서 벗어나 핵심 원천 기술인 칩 단위의 개발에 큰 의미를 부여했다. 광원 칩의 핵심기술을 개발했기에 향후 광통신 세계시장을 선도할 수 있게 되었다고 설명했다.

최근 가상현실(VR), 증강현실(AR), OTT, 인공지능 등 데이터 사용량이 증가함에 따라 변조대역폭과 데이터 처리용량이 더욱 크고 저가의 광모듈 구현이 가능한 데이터센터 내부 전송용 초고속 광원 기술이 필요했다.

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

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

또한, 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 절감도 가능케 되었다.

아울러, 광출력세기를 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 되었다.

연구진이 이번에 개발한 224Gbps 전계흡수변조형 광원 소자는 세계 최고 수준인 70℃에서 70GHz 이상의 변조대역폭을 보였다. 상온뿐만 아니라 70℃에서도 224Gbps, 2km 광전송이 가능한 우수한 성능인 셈이다.

224Gbps급 전계흡수변조형 광원 소자는 현재, 전 세계적으로 소수 기업만 개발이 가능해 본 기술 개발로 향후 해외수입 의존에서 탈피할 수 있게 되었다고 연구진은 설명했다.

또한, 광모드 변환기 및 모티터링 광검출기가 단일 집적되어 있어 기술 경쟁력과 함께 800G/1.6Tbps 광모듈의 가격 경쟁력에 도움이 될 것으로 전망된다.

ETRI는 이번 연구결과가 그동안 연구진이 보유한 광원을 만드는 레이저 다이오드 기술 및 연구개발용 파운드리에서 선도적으로 축적해 온 화합물 반도체 핵심원천기술 등을 보유함에 따라 이번 성과가 가능했다고 밝혔다.

ETRI 백용순 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 되었다”고 말했다.

ETRI 광통신부품연구실 한영탁 책임연구원도 “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 기술이전하여 데이터센터 및 5G/6G 시장에서 글로벌 기업들과 경쟁할 수 있도록 지원할 계획이다.

시장조사 전문기관인 라이트카운팅에 따르면, 전 세계 광트랜시버 시장규모는 2019년 60억 달러에서 2026년 180억 달러 규모로 세 배 이상 급성장할 것으로 예측한다.

한편, ETRI 연구진은 지난해 3월, 미국 샌디에이고에서 개최된 세계 최대 광통신 학술회의 OFC 2023에서 본 기술을 발표했다. IEEE JLT 국제 SCI 논문에 게재됨으로써 기술력을 크게 인정받았다.

본 성과는 과학기술정보통신부 ‘Intra-DC 통신을 위한 1.6Tbps 광트랜시버용 광소자 부품 기술 개발’과제를 통해 성과를 거둘 수 있었다.