한국전자통신연구원(ETRI)은 1초에 100Gbps 데이터를 전송할 수 있는 실리콘 포토닉스 광반도체 칩과 관련 모듈을 개발했다고 밝혔다. 빛으로 연결하는 광반도체는 기존 전기적 신호 전달의 한계를 극복하는 차세대 고성능 컴퓨팅 네트워크의 핵심 기술이다.

기존 초고속 광통신 모듈의 경우, 여러 개별 광소자들을 조립·패키징하는 방식으로 제작돼 채널이 증가할수록 비용이 높아졌으며, 전송용량 증대와 장비 소형화에도 어려움이 있었다.

또 전기신호로 데이터를 입·출력할 경우, 대역폭 한계와 과도한 소모전력으로 채널당 전송속도는 50Gbps 수준, 전송 거리는 수십 cm 정도의 한계도 지적된다.

ETRI 연구진이 개발한 실리콘 광 송신 칩은 2.9×7.3mm, 광 수신 칩은 2.9×3.4mm의 크기로, 기존의 개별 광소자 조립 방식 대비 20% 수준으로 소형화가 가능하며 저비용으로 전송용량과 거리를 획기적으로 높일 수 있다.

소형화를 통해 여러 광소자를 하나의 칩으로 집적함으로써 데이터가 증가함에 따라 발생하는 전자 반도체 칩의 통신 입·출력 성능 확장 문제를 해결할 수 있도록 한 것이다.

기존 전자 반도체 칩 전송속도의 2배 수준에 달하는 채널당 100Gbps의 속도로 2km까지 전송할 수 있도록 한 점도 특징이다.

저전압으로 채널당 100Gbps 속도로 데이터 전송이 가능한 세계 최고 수준의 실리콘 광변조기와 전계 강도를 높여 고속 동작이 가능하도록 한 광검출기, 초고속 신호처리와 신호 무결성 회로 설계 기술을 통해 성능과 전송 거리를 향상시킨 것이다. 

더불어 개발한 광반도체 핵심기술을 활용해 데이터센터에서 2km 전송이 가능한 100Gbps 광트랜시버 모듈을 오이솔루션과 공동으로 개발했으며, 4개 채널을 연계해 400Gbps급 성능을 내는 광인터커넥션 모듈도 함께 개발해 활용성을 검증했다.

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

오이솔루션 이원기 부사장은 “데이터센터는 초고속 고집적 광통신 기술이 필요하고 기술적 장벽이 높아 국내기업이 진출하기 어려운 시장이지만, 이번 기술개발을 통해 가장 큰 광통신 시장인 글로벌 데이터센터 시장에 진출하기 위한 실리콘 포토닉스 원천기술을 확보하게 됐다”고 밝혔다.

한편, 연구진은 광반도체 칩의 채널당 속도를 200Gbps, 전송용량도 1.6Tbps까지 향상시키는 한편 소모전력은 기존의 절반 이하, 크기는 약 1/9 이상으로 줄이기 위한 후속연구도 추진할 예정이다.