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1초에 1000개의 8K 동영상을 전송하는 초광속 통신 [실리콘 포토닉스] [2022 ETRI Technology Report ⑥]

실리콘 포토닉스는 기존 반도체 제조 공정인 CMOS를 활용하여 다양한 광소자를 하나의 칩에 통합하는 차세대 광반도체 기술입니다. 이 기술은 전자의 이동 대신 빛을 이용해 데이터를 전송함으로써 전력 소모를 획기적으로 줄이면서도 데이터 처리 속도는 대폭 높일 수 있다는 강력한 이점이 있습니다. 이러한 특성 덕분에 대규모 데이터센터는 물론 인공지능(AI) 네트워크와 고성능 컴퓨팅 환경에서 핵심 인프라로 자리 잡고 있습니다. 최근에는 통신 분야를 넘어 스마트 기기의 바이오센서나 자율주행차의 라이다(LiDAR) 등 다양한 산업으로 그 적용 범위가 확장되는 추세입니다. 현대 사회는 정보 통신 기술의 급격한 발달로 인해 전 세계적으로 처리해야 할 데이터의 양이 기하급수적으로 늘어나는 추세에 직면해 있습니다. 이러한 변화는 대규모 인프라의 증설과 그에 따른 막대한 에너지 소비 문제를 야기하고 있으며, 이를 해결할 저비용·고효율의 연결 기술 확보가 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 현재 글로벌 기업과 해외 스타트업들이 관련 기술 선점에 박차를 가하고 있는 만큼, 우리나라도 기술 종속에서 벗어나 원천 기술의 자립 기반을 마련해야 합니다. 이는 단순히 기술 확보를 넘어 국가의 미래 통신 경쟁력을 결정짓는 중대한 사안입니다. 국내 연구진은 세계적 수준인 100Gbps급 광트랜시버를 개발하며 실리콘 포토닉스 분야에서 의미 있는 성과를 거두었습니다. 이는 8K 고해상도 영상을 단 1초 만에 1,000개나 전송할 수 있는 수준으로, 향후 단일 파장당 전송 속도를 200Gbps까지 높여 최종적으로 1Tbps급 기술을 구현하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 독보적인 기술력이 국내 유망 중소기업들에게 성공적으로 이전된다면, 우리 기업들이 글로벌 시장을 선도하는 조 단위 매출 기업으로 성장하는 발판이 될 것입니다. 앞으로도 연구진은 대한민국이 광통신 강국으로서의 입지를 공고히 하도록 연구 개발에 매진할 계획입니다.

한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트

융합
공학·기술

ETRI Conference 2022 통신미디어연구소 02. 테라비트 시대를 열어가는 실리콘 포토닉스 기술

4차 산업혁명은 5G, 증강현실, 자율주행 등 첨단 정보통신 기술을 통해 우리의 일상을 더욱 풍요롭게 혁신하고 있습니다. 특히 비대면 생활이 보편화되면서 데이터 사용량이 전례 없이 폭증하고 있으며, 이는 데이터를 저장하고 처리하는 데이터 센터의 처리 용량 한계 문제를 야기하고 있습니다. 데이터 센터의 증설과 확장은 필연적으로 막대한 전기 에너지 소비 증가로 이어지기 때문에, 지속 가능한 디지털 전환을 위해서는 대규모 데이터를 효율적으로 처리하면서도 전력을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 전송 기술의 도입이 시급한 시점입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 한국전자통신연구원(ETRI)은 빛을 이용해 초고속으로 데이터를 전송하는 100Gbps 광 트랜시버 기술을 개발하고 있습니다. 100Gbps는 1초에 8K 고해상도 비디오 신호 1,000개 분량의 대용량 데이터를 단일 광 채널로 보낼 수 있는 놀라운 속도입니다. 기존의 전기 신호 방식보다 전송 속도는 월등히 높으면서도 소모 전력은 오히려 낮아 에너지 절감 효과가 탁월합니다. 광 트랜시버는 레이저와 광 변조기를 통해 디지털 신호를 빛으로 변환하고, 이를 수신단에서 다시 전기 신호로 복원하며 데이터 센터의 운영 효율을 극대화합니다. 실리콘 포토닉스 기술은 반도체 공정 노하우를 광학 분야에 접목하여 성능과 경제성을 동시에 확보한 차세대 핵심 기술입니다. 현재 연구팀은 다중화 기술을 활용해 데이터 전송 용량을 1테라비트급까지 확대하는 차기 과제를 추진하며 기술적 완성도를 높이고 있습니다. 이러한 혁신은 국내 관련 산업 생태계를 활성화하고 국제 경쟁력을 강화하는 데 기여할 것입니다. 나아가 데이터 센터의 효율적인 운영을 도와 에너지 소비를 줄임으로써 탄소 배출 감소라는 환경적 가치까지 실현하는 초광대역 인프라의 기반이 될 것으로 기대됩니다.

한국전자통신연구원

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공학·기술

ETRI 『World Online ICT ShoW(WOW)』 ① Ultra high speed optical transceiver

4차 산업혁명 시대가 도래하며 5G, 인공지능, 자율주행 등 혁신적인 기술이 우리의 일상을 변화시키고 있습니다. 특히 비대면 생활이 일상화되면서 데이터 사용량이 폭발적으로 증가했고, 이는 데이터를 처리하는 데이터 센터의 용량 한계라는 문제로 이어졌습니다. 현재의 시스템으로는 급격히 늘어나는 빅데이터를 효율적으로 관리하기에 역부족이며, 데이터 센터의 확장은 막대한 전기 에너지 소비를 초래합니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 기존의 전기 신호를 빛으로 대체하여 전송 속도를 획기적으로 높이고 에너지 소비를 줄이는 광 전송 기술의 중요성이 그 어느 때보다 강조되고 있습니다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘 포토닉스 기술을 활용해 단일 파장으로 100Gbps의 데이터를 전송할 수 있는 광 트랜시버를 개발하고 있습니다. 이 기술은 CMOS 반도체 공정을 적용해 수많은 광소자를 하나의 칩에 집적하는 첨단 방식으로, 기존 제품보다 성능과 효율성 면에서 뛰어납니다. 100Gbps 속도는 8K 고해상도 비디오 1,000개 분량의 데이터를 단 하나의 광 채널로 동시에 보낼 수 있는 수준입니다. 현재 광변조기와 레이저로 구성된 송신단과 광섬유를 거쳐온 신호를 전기 신호로 변환하는 수신단 설계를 통해 전송 효율을 높이는 연구가 활발히 이뤄지고 있습니다. 실리콘 기반의 광 트랜시버 기술은 전송 속도를 높이는 동시에 에너지 소비를 줄여 탄소 배출 감소에도 기여하는 친환경적인 해결책이 될 것입니다. 연구팀은 다중화기와 역다중화기를 통해 여러 파장의 신호를 하나로 합치고 분리하는 기술을 고도화하여, 향후 테라비트급 광 전송 시대를 열어갈 계획입니다. 이러한 원천 기술의 확보는 국내 실리콘 포토닉스 생태계를 활성화하고 국제적인 경쟁력을 높이는 발판이 됩니다. 궁극적으로 초광대역 및 초실감 서비스 인프라를 구축함으로써 포스트 코로나 시대에 국민의 삶을 더욱 풍요롭게 만들고 미래 정보통신 산업의 핵심 동력이 될 것으로 기대됩니다.

한국전자통신연구원

공학·기술

ETRI 『World Online ICT ShoW(WOW)』 ① 실리콘 포토닉스 기반 초고속 광트랜시버

4차 산업혁명은 5G, 인공지능, 사물인터넷, 자율주행 등 혁신적인 기술을 통해 우리의 일상을 더욱 나은 삶으로 변화시키고 있습니다. 특히 코로나19 이후 물리적 제약이 발생하면서 비대면 생활의 비중이 커졌고, 이는 자연스럽게 데이터 사용량의 폭증으로 이어졌습니다. 급증하는 데이터를 저장하고 전송하는 데이터 센터는 처리 용량의 한계에 직면했으며, 추가 증설에 따른 전기 에너지 사용량의 증가는 중요한 해결 과제가 되었습니다. 이러한 상황에서 빛을 이용해 대용량 데이터를 빠르게 전송하는 광전송 기술은 데이터 센터의 효율성을 높일 수 있는 핵심적인 열쇠로 주목받고 있습니다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘 포토닉스 기술을 기반으로 100Gbps 광트랜시버 원천기술을 세계 최고 수준으로 개발하고 있습니다. 이 기술은 CMOS 반도체 공정을 활용하여 수많은 광소자를 하나의 칩에 집적하는 첨단 기술로, 기존 제품 대비 성능과 효율 면에서 매우 뛰어납니다. 송신단에서는 레이저 빛을 디지털 신호로 변조하여 전송하고, 수신단에서는 이를 다시 전기 신호로 복원함으로써 대용량 데이터를 빠르고 정확하게 처리합니다. 특히 전송 속도가 전력 소모량보다 훨씬 크게 증가하기 때문에, 에너지 절감 효과를 동시에 거둘 수 있다는 점이 이 기술의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 연구진은 현재의 성과를 디딤돌 삼아 더 많은 데이터를 동시에 보낼 수 있는 다중화 기술을 고도화하여 1테라비트급 광트랜시버 개발에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 기술력은 국내 실리콘 포토닉스 생태계를 활성화하고 국가적인 경쟁력을 확보하는 데 중추적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 나아가 데이터 센터의 효율적인 운영을 가능하게 함으로써 포스트 코로나 시대를 대비하고, 에너지 소비와 탄소 배출을 줄여 환경 문제 해결에도 기여할 수 있습니다. 초광대역 및 초실감 서비스를 위한 인프라 기술 개발은 궁극적으로 국민의 삶을 더욱 풍요롭게 만들며 미래 정보통신 사회의 든든한 기반이 될 것입니다.

한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트

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