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ETRI, 25Gbps·30km 전송가능한 광원소자 상용화국내 연구진과 중소기업이 힘을 모아 초당 250억 개 비트(bit)를 광섬유 케이블을 통해 장거리 전송이 가능한 광원소자를 국내 최초로 상용화하는데 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 광통신 전문기업인 ㈜엘디스와 함께 25Gbps 속도로 30km이상 데이터 전송이 가능한 전계흡수변조형 광원소자 상용화에 성공했다고 밝혔다. 이로써 데이터 트래픽 폭증에 대응하고 5G 이동통신 네트워크 수요에 대응할 수 있는 기술 기반을 다졌다. 그동안 5G 이동통신 등 대용량 통신서비스를 수용하기 위해서는 전류인가방식으로 광원을 직접 변조하여 온·오프해 왔다. 하지만, 이 방식은 광원소자의 전류 충·방전 시간 지연과 이에 따른 변조속도 감소와 신호품질 저하라는 한계가 있었다. ETRI는 이러한 문제점을 해결하고자 전계흡수변조형 광원소자를 개발해 냈다. 이 방식은 일정한 세기로 빛을 방출하는 광원소자의 출력단에 전압인가에 따라 순간적으로 빛을 흡수해 광출력 세기를 조절한다. 이를 통해 연구진은 광원소자의 출력단에 온·오프 신호를 만들 수 있는 전계흡수 변조기(EAM)가 집적된 형태로 제작했다. 기존 직접변조 방식의 문제점이던 변조속도 감소와 신호품질 저하 문제의 해결이 가능해졌다. 전계흡수변조형 광원소자는 현재, 전 세계적으로 소수 기업만 시장공급이 가능해 본 기술개발로 향후 해외수입 의존에서 탈피할 수 있게 되었다. 연구진은 이번 연구결과가 그간 ETRI의 연구개발용 파운드리에서 선도적으로 축적해온 화합물 반도체 기술과 국내 화합물 광반도체 전문 기업체의 양산 기술을 성공적으로 융합한 사례라고 평가했다. 기존 고온에서 광출력세기 및 변조속도 등 광원소자의 성능 면에서는 유리하나 신뢰성이 떨어졌던 In-Al-Ga-As(인듐-알루미늄-갈륨-비소) 화합물 조성을 In-Ga-As-P(인듐-갈륨-비소-인) 조성으로 바꿨다. 향후 기업의 양산공정에서 신속한 사업화 고려와 초기 신뢰성 확보에 유리하게 변경한 전략이 주효했다. 현재까지 ㈜엘디스 양산공정에서 제작된 전계흡수변조형 광원소자는 상온뿐만 아니라 55℃ 고온에서도 25Gbps 전송이 가능하다. 아울러, 데이터센터 내부 네트워크에 적용할 수 있는 100Gbps급 변조속도도 확보했다. 글로벌 경쟁제품과 동등한 수준이다. ㈜엘디스는 우선 25Gbps급 제품에 대한 양산 수율을 높여 국내·외 5G 시장에 공급하고, 내년 상반기 목표로 100Gbps급 제품을 출시한다는 목표이다. 향후, ETRI와 ㈜엘디스는 전계흡수변조형 광원소자의 성능 향상과 다각화를 통해 제품경쟁력 강화에도 지속적으로 협력할 계획이다. 반도체 공정 이후 특성 및 신뢰성 등 평가기술과 광모듈 적용을 통한 성능 최적화 등에도 노력할 계획이다. ETRI 이종진 광패키징연구실장은“연구진의 선행연구 성과가 기술 상용화로 이어진 우수한 사례라 의미가 크다 생각한다. 사업화 과정에서도 지속적인 협력을 통해 세계 최고의 제품이 되도록 지원하겠다”고 밝혔다. ETRI 한영탁 기술이전 책임자도“공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체의 경우 안정적인 파운드리 운영이 관건이다. 연구진의 파운드리가 세계 최고의 성과물을 창출할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다. ㈜엘디스의 조호성 대표는 "그간의 정부의 소·부·장 산업 육성정책이 조금씩 결실을 보고 있다. EML과 같은 고부가가치 광원에 대한 국산화 성공을 계기로 국내 화합물 광반도체 전문 기업체가 대외 기술격차를 해소하고, 국산 광원소자로 해외시장에 진출하는 등 좀 더 많은 성과를 낼 수 있도록 정부출연연구원과 정부의 지속적인 지원이 필요하다”고 설명했다. 본 성과는 과학기술정보통신부‘데이터센터 통신용량 증대를 위한 저전력 On-Board 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술’과제와‘데이터센터 내부 네트워크용 800Gbps 광트랜시버 개발’과제를 통해 이루어졌다.
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ETRI, 빛을 이용한 초고속 광입출력 반도체 개발국내 연구진이 반도체를 기존 전기적 신호가 아닌, 빛으로 연결하는 광반도체(실리콘 포토닉스) 핵심 기술을 개발했다. 4차 산업혁명의 시대, 폭증하는 데이터 트래픽을 수용하고, 광통신 시대를 선도하는 데 큰 도움이 될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)이 차세대 데이터센터, 고성능 컴퓨팅 네트워크에서 1초에 100기가(100Gbps)의 데이터를 전송할 수 있는 실리콘 포토닉스 광반도체 칩과 관련 모듈을 개발했다고 밝혔다. 그동안 활용했던 초고속 광통신 모듈의 경우, 여러 개별 광소자들을 조립·패키징하는 방식으로 제작하여, 채널이 증가할수록 비용이 증가하고 전송용량 증대와 장비 소형화에 어려움이 있었다. 또한, 전기신호로 데이터를 입·출력할 경우, 대역폭 한계와 과도한 소모전력으로 채널당 50Gbps 수준, 전송 거리 수십 cm 정도의 한계가 있었다. 하지만, ETRI 연구진이 개발한 광반도체 기술을 활용하면 저비용으로도 전송용량과 거리를 획기적으로 높일 수 있다. 연구진이 개발한 실리콘 광 송신 칩은 2.9x7.3mm, 광 수신 칩은 2.9x3.4mm의 크기로, 기존의 개별 광소자 조립 방식 대비 20% 수준으로 소형화가 가능하다. 이러한 소형화를 통해 여러 광소자를 하나의 칩으로 집적, 데이터센터, 고성능 컴퓨팅, AI 네트워크에서 데이터가 증가함에 따라 발생하는 전자 반도체 칩의 통신 입·출력 성능 확장 문제를 해결할 수 있다. 반도체의 성능도 획기적으로 개선했다. 연구진의 광반도체 칩을 이용할 경우, 채널당 100Gbps의 속도로 2km까지 전송할 수 있다. 기존 전자 반도체 칩 전송속도의 2배 수준이다. ETRI는 저전압으로 채널당 100Gbps 속도로 데이터 전송이 가능한 세계 최고 수준의 실리콘 광변조기와 전계 강도를 높여 고속 동작이 가능한 독창적 구조의 광검출기, 초고속 신호처리 및 신호 무결성 회로 설계 기술을 통해 이번 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발한 광반도체 핵심기술을 활용, ㈜오이솔루션과 함께 데이터센터에서 2km 전송이 가능한 100Gbps 광트랜시버 모듈을 공동으로 개발했다. 또한, 4개 채널을 연계해 400Gbps급 성능을 내는 광인터커넥션 모듈도 함께 개발해 활용성을 검증했다. 이번 성과는 그 연구 우수성을 인정받아 광통신 분야 최고 권위지인 옵팁스 익스프레스(Optics Express)에 5편의 논문이 게재되었으며, 국내외 특허 출원 35여 건, 기술이전 3건 등 광반도체 관련 연구를 주도하고 있다. ETRI 김선미 네트워크연구본부장은 “본 기술은 초고속 대용량 광연결을 이루는 핵심 기술이다. 클라우드, 인공지능 및 초실감 미디어 서비스 등에 필요한 광 기술을 선도적으로 개발해 향후 테라비트 속도의 빛으로 연결되는 시대의 주역이 되겠다”라고 말했다. ㈜오이솔루션의 이원기 부사장은 “데이터센터는 초고속 고집적 광통신 기술이 필요하고 기술적 장벽이 높아 국내기업이 진출하기 어려운 시장이다. 본 기술개발을 통해, 가장 큰 광통신 시장인 글로벌 데이터센터 시장에 진출하기 위한 실리콘 포토닉스 원천기술을 확보하게 되었다.”고 밝혔다. 연구진은 향후, 광반도체 칩의 채널당 속도를 200Gbps, 전송용량도 1.6Tbps까지 향상시키는 한편 소모전력은 기존의 절반 이하, 크기는 약 1/9 이상으로 줄이기 위한 후속 연구를 추진할 예정이다. 본 기술은 과학기술정보통신부 “광 클라우드 네트워킹 핵심기술 개발”의 일환으로 개발되었다.