"6G 장비에 실리콘 보다 빠른 '그래핀' 접목 기대"

조동호 LG-KAIST 6G 연구센터장 발표…"빠른 속도·넓은 커버리지 위해 새 물질 필요"

실리콘 반도체의 한계를 뛰어넘는 꿈의 소재 ‘그래핀’이 6G 기술의 특성인 초연결성을 가능케 할 후보로 떠올랐다.

조동호 KAIST 전기및전자공학부 교수는 24일 모바일코리아2021 행사에서 ‘서브 테라헤르츠 대역 무선전송 및 액세스 핵심기술’에 대해 발표하며, 그래핀 기술의 중요성에 대해 언급했다.

조 교수는 “6G 통신을 개발하면서 커버리지를 확대하기 위한 연구 분야가 주요하게 진행되고 있다”며 “여기에 테라헤르츠(THz) 밴드의 전자기파의 반사, 메타물질 조절을 통한 빔포밍 기술 그리고 그래핀 기술이 활용될 것으로 예상된다”고 말했다.

조동호 KAIST 교수

이어 “우리 프로젝트는 6G 모바일 커뮤니케이션 시스템에 집중하고 있는데, 구조와 물질이 굉장히 중요하다”며 “용량, 커버리지, 상쇄 없는 복수 접근을 위해 6G 환경에 맞는 새로운 구조와 물질이 필요한 상황”이라고 덧붙였다.

또한 조 교수는 “서브테라헤르츠(Sub-THz) 기술 개발에서는 프리퀀시(빈도)가 문제가 되는데, 이때 실리콘 기반으로는 높은 속도를 내는 것이 불가능 하다”며 “후보물질인 그래핀을 사용하면 더 빠르고, 넓은 커버리지, 우수한 성능의 RF 컴포넌트 프로그램을 개발할 수 있을 것”이라고 강조했다.

그래핀은 흑연을 1겹만 벗겨낸 2차원 탄소나노소재로, 전기 전달이 매우 우수하고 화학적으로 안정된 특성이 있다. 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 100배 이상 전자 이동성이 빠르다. 6G가 초고속, 고용량, 저지연을 특징으로 한 차세대 통신으로서, 실리콘 반도체보다 한 차원 높은 그래핀 기반 기술이 주목을 받고 있는 이유다.

조동호 KAIST 교수가 발표한 6G 개발 과제. 그래핀 기반 기기의 필요성에 대해 언급됐다.

6G 개발 목표는 최대 전송용량 1Tbs 급, 사용자체감전송속도 1Gbps다. 기술적으로는 밀리미터웨이브(mmWave)급인 5G 때보다 100배 빠른 테라헤르츠급 속도 구현이 가능하다. 또한 최대 전송거리 100m, 이동속도 60km/h, 사용자평면 지연 0.4ms를 기준으로 기술이 개발되고 있다.

KAIST는 LG전자, LG유플러스 등과 공동으로 6G 기술을 연구 중이다. 조 교수는 LG-KAIST 6G 연구센터장을 맡고 있다. LG-KAIST 6G 연구센터에서 6G 이동통신 광대역 빔 포밍 핵심 원천 기술 확보했다. 

KAIST 연구진이 핵심 기술을 개발해 사전 기술검증(PoC)을 진행하고, LG전자와 LG유플러스는 상용화를 위해 검증하는 역할을 한다. 우리나라가 2019년 5G를 세계 최초로 상용화하는데 성공한 것처럼, 6G 국제 표준을 다른 나라보다 빠르게 제시하는 것이 목표다.

조 교수는 “여태까지는 대부분 통신 디바이스는 사람이 사용하는 스마트폰이었지만 6G에는 더 많은 사물인터넷(IoT) 기기가 사용될 것”이라며 “6G 기술에서는 5G 때보다 더 많은 안테나도 사용된다”고 설명했다.

이어 “그렇기 때문에 전파 간섭이 자주 발생하는 것이 문제”라며 “전파 간섭과 상쇄 문제를 해결하기 위해 인공지능(AI) 기술도 사용되게 될 것”이라고 덧붙였다.