화학저널 2021.08.09

데이터 급증 타고 수요 증가 … 데이터센터용 이어 자율주행 실용화
5G(5세대 이동통신)와 IoT(사물인터넷) 보급을 타고 실리콘 포토닉스(Silicone Photonics)가 부상하고 있다.
실리콘 포토닉스는 통신기기나 컴퓨터의 전자회로와 광회로를 융합한 하드웨어 기술로 데이터 통신량이 늘어나면서 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다.
최근 미국의 통신기기 메이저인 시스코 시스템즈(Cisco Systems)와 반도체 메이저 인텔(Intel)이 데이터센터 및 모바일 기지국 전용제품 분야 에서 실용화한 것으로 알려졌다.
저코스트일 뿐만 아니라 소형화와 에너지 절감에 기여할 수 있다는 강점을 살려 앞으로 기기 내부의 통신 시스템이나 자율주행 자동차로도 용도가 확장될 것으로 예상되며 소재가 전환될 가능성이 제기되고 있다.
실리콘 포토닉스는 전자기기 제조기술을 바탕으로 실리콘 CMOS(상보형 금속 산화 반도체) 프로세스로 광기기를 양산하는 기술이다. 기존 광기기는 석영을 사용해 복잡한 형태로 조립했으나 실리콘 포토닉스는 다양한 기능을 가공한 실리콘에 인듐인(InP)계 화합물 광원을 탑재함으로써 초소형으로 만들 수 있고 코스트가 낮을 뿐만 아니라 에너지 절감이 가능한 통신장치 양산이 가능한 것으로 파악되고 있다.
광기기는 통신사가 제공하는 중장거리 광통신망에서 오랫동안 활용되고 있으나 데이터센터의 서버와 서버 사이나 컴퓨터 내부의 단거리 통신 분야에서는 사용된 사례가 극히 드문 것으로 알려졌다.
실리콘 포토닉스를 사용한 기기는 저코스트에 초소형, 대량생산에 적합하기 때문에 단거리 통신을 위한 매체를 전기에서 에너지 절감 및 저발열 광으로 대체할 수 있다.
앞으로 고속 및 대용량 데이터 전송이 본격화될수록 전기를 사용하는 통신은 전송손실을 견딜 수 없게 돼 전자회로를 실리콘 포토닉스 기술을 이용해 광회로로 변경하고자 하는 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
클라우드 컴퓨팅과 IoT, 디지털 사회 진전과 함께 고속통신‧처리가 요구되면서 소프트웨어를 활용하는 대책과 함께 서버 락 사이나 장치 내부 등 단거리를 대상으로 한 통신에서 전송손실을 억제할 수 있는 광통신의 활용이 확대될 것으로 기대되고 있다.
실리콘은 견고한 소재이기 때문에 자율주행 자동차의 센싱 활용이 기대되는 기술인 라이다(LiDAR)용 광 스캐너 등 좁은 의미에서의 정보통신 이외 분야에서도 제안이 본격화될 것으로 전망되고 있다.
실리콘 포토닉스는 현재 구글(Google)이나 아마존(Amazon) 등 거대 IT기업이 클라우드 사업의 데이터 센서에서 사용하는 플러거블(Pluggable) 소형 광 트랜시버에 투입되고 있다.
전기신호와 광신호를 상호 전환하는 장치로, 장기간 실리콘 포토닉스 기술을 선도해온 룩스테라(Luxtera)를 인수한 시스코, 인텔 등 미국기업 외에 일본 후지쯔옵티칼(Fujitsu Optical Components), 중국 선전(Shenzhen) 소재 스타트업 등도 공급하고 있다. 산‧관‧학 연구 프로젝트에서 파생된 일본의 AIOCORE도 5밀리각 광 트랜시버용 칩을 생산하고 있다.
데이터센터는 데이터 축적 및 유통량이 매년 30% 정도 꾸준히 늘어날 것으로 예상되고 있다.
최근에는 컴퓨터와 컴퓨터가 아닌 컴퓨터 내부에서 통신배선을 광섬유로 대체하는 코패키지와 관련된 연구를 진행하고 있다.
코패키지는 실리콘 포토닉스와 ASIC(특정용도용 집적회로)를 조합한 초소형 광 전송 모듈을 대량으로 사용해 CPU와 GPU, SoC에서 광신호를 거의 직접 주고받는 기술로, 인텔 창립자인 고든 무어가 제안한 무어의 법칙이 끝날 미래의 기술로 주목받으며 미국을 중심으로 연구개발이 진행되고 있다.
NTT의 IOWN 프로젝트는 컴퓨터 내부의 광회로화보다 앞선 20세기부터 제창된 빛으로 정보를 처리하는 광연산 활용 혹은 컴퓨터를 요소 분해하는 것과 같은 아키텍처인 디스어그리게이티드 컴퓨팅(Disaggregated Computing) 실용화에 관심을 나타내고 있다.
실리콘 포토닉스 기기는 전자기기를 생산하는 세계 각국의 파운드리(반도체 위탁생산)를 통해 생산하고 있으며, 시스코가 인수한 룩스테라는 타이완의 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing)와 공동으로 상업화를 추진하고 있다.
일본에서는 연구개발 목적으로 NTT와 산업기술종합연구소가 시험 생산을 시도하고 있다.
산업기술종합연구소를 중심으로 공동 연구개발을 추진하고 있는 실리콘 포토닉스 컨소시엄에는 통신사와 통신기기 생산기업, 대학 등이 참여하고 있다.
공동연구를 추진하고 있는 산업기술종합연구소 플랫폼 포토닉스 연구센터는 저코스트를 실현하기 위해 탑재 기술 개발이 가장 중요하다고 강조하고 프린트 기판 위에 폴리머 광도파로 등 광회선이 공존할 수 있도록 소재를 전환하는 방안 등을 제시하고 있다. (강윤화 선임기자)
표, 그래프: <초소형 광전송 모듈>
<화학저널 2021년 8월 9일>
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