ETRI, 400G 광(光) 송수신 엔진 세계 첫 개발

10만명이 동시에 고화질 유튜브 스트리밍 가능

한국전자통신연구원(ETRI)은 초대형 데이터센터, 이동통신 기지국 등에 쓰일 수 있는 400Gbps 신호 전송용 광 송·수신 엔진을 개발했다고 25일 밝혔다. 이 기술을 활용하면 10만 명이 동시에 고화질 유튜브 영상을 스트리밍할 수 있다.

ETRI가 독자 개발한 기술은 대면적 데이터센터용 400G 광 송·수신 엔진 및 광소자 기술이다.연구진은 광 송·수신 엔진과 엔진 내 들어가는 광소자를 설계부터 제작 단계까지 모두 국내 기술로 개발했다고 밝혔다.

데이터센터는 방대한 정보를 저장하고 안정적으로 관리하는 시설로 '컴퓨터 서버들의 호텔'로 불린다. 4차산업혁명이 가속화하면서 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등 관련 서비스 증가로 데이터 사용량이 늘어 데이터 전송 속도와 처리 용량이 보다 큰 데이터센터용 광통신 기술이 필요한 상태다.

ETRI 연구진이 400G 광학송수신 엔진 및 측정결과를 논의하고 있다. 왼쪽부터 한영탁 책임연구원, 윤석준 연구원, 이서영 선임연구원.

기존 데이터센터에는 주로 100Gbps용 광트랜시버가 사용됐다. 네 개 채널을 이용해 25Gbps씩 전송이 가능하고, 레이저 다이오드(EML) 소자 4개가 들어가는 방식이다.

ETRI 연구진은 전송 속도를 4배 높여 채널당 100Gbps급 전송이 가능한 EML 소자를 만들었다. 이를 통해 EML 광원 소자 4개와 광 검출기, 광 송신부, 광 수신부 등을 집약, 총 400Gbps 데이터 전송이 이뤄지는 광 송·수신 엔진을 개발했다.

연구진이 개발한 광 송·수신 엔진은 기존처럼 광트랜시버에 내장해 사용이 가능하고 통신 장비 라인카드 보드 상단에 부착도 가능하다.

이렇게 채널당 100Gbps 기반의 광 송?수신 엔진을 이용해 표준 규격을 맞춰 400G급 속도를 달성한 것은 연구진이 세계 최초라고 ETRI는 설명했다.

연구진은 이번 개발한 광학엔진을 어른 손가락 하나 크기 광트랜시버에 실장이 가능하도록 개발했다. 향후 상용화가 되면 광학엔진은 라인카드 하나에 64개를 장착할 수 있다. 소형화를 이룬 덕분에 전송 속도뿐 아니라 처리 용량도 늘릴 수 있다고 ETRI는 밝혔다.

ETRI 연구진이 개발한 400G 광학송수신 엔진이 PCB 평가보드에 장착된 모습.

기존 통신 장비는 광트랜시버 32개를 전면부에 꼽는 구조로 이뤄져 있다. 하지만 연구진이 개발한 엔진은 통신 장비의 라인카드 상부에 최대 64개까지 부착할 수 있다. 그 결과, 한 통신 장비에 기존보다 전송 속도가 4배 높아진 광 송·수신 엔진을 2배 더 부착할 수 있어 총 처리 용량이 최대 8배로 늘었다.

기존 처리 용량은 최대 3.2TB(테라바이트)였으나 연구진 기술을 적용하면 최대 25.6TB까지 늘어날 수 있다. 기존에도 낮은 전송 속도 성능을 지닌 EML을 여러개 붙여 400Gbps급 광트랜시버를 개발한 사례가 있었다. 하지만 채널 수가 많아지면 부품 값이 비싸다는 부담이 있고 설계도 복잡해 소형화가 힘들었다. 반면, ETRI 연구진의 성과는 한 채널당 전송 속도를 높이면서도 작고 단순하게 만들 수 있는 장점을 지녔다. 연구진은 이번 기술개발이 ETRI가 기존 보유한 핵심원천기술 덕분이라고 설명했다.

ETRI는 그동안 ▲광원을 만드는 레이저 다이오드 기술(EML) ▲초고주파 신호선 설계 및 패키징 기술 ▲광 신호 결합기술 및 광 검출 기술 등을 보유, 이번 성과가 가능했다고 밝혔다.

특히 5G 이동통신망 구축시 고속 신호를 안테나까지 전달하는데 사용하는 25G EML의 경우, 현재 전량을 일본에서 수입하고 있는 상황이다. 이에 ETRI는 새로운 기술을 독자 개발, 특허를 출원했고, 국내 광부품 업체들에게 이전,

일본 수출 규제에 대비하고 있고, 데이터센터 시장에서 글로벌 기업들과 경쟁할 수 있게 지원할 계획이다.

ETRI 백용순 광무선원천연구본부장은 "빠르게 성장하는 데이터센터 시장에 적용할 수 있는 400G 광 송·수신엔진과 핵심 광 소자를 세계 최초로 개발, 국내 광부품 산업의 경쟁력 확보에 기여할 수 있게 됐다"고 밝혔다.

한편 ETRI 연구진은 지난 8일부터 5일간 미국 샌디에이고에서 열린 세계 최대 광통신 학술회의 OFC 2020에서 이 기술을 발표, 기술력을 인정받았다.

이 연구는 2018년부터 과학기술정보통신부가 지원한 '데이터센터 통신용량 증대를 위한 저전력 온 보드(On-Board) 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술'과제 수행을 통해 진행됐다.

연구진은 향후 기술 안정화에 노력, 400Gbps를 넘어 1Tbps(테라)개발에 도전할 계획이다. 시장조사전문기관에 따르면 2023년 데이터센터용 광트랜시버 시장은 약 8조 3천억원대 시장을 형성할 전망이고, 100G 이상이 전체의 78%를 차지할 것으로 예측됐다.