데이터 처리속도 10만배 빠른 반도체 광라우터 양산 성공

고가의 데이터처리 장비인 광-라우터의 저비용, 초소형화 대량생산 기대

DGIST 한상윤 로봇공학 교수 ⓒDGIST

DGIST 한상윤 교수와 미국 UC버클리 공동연구팀이 데이터센터의 정보 처리 속도를 획기적으로 늘릴 수 있는 반도체 기반 광-라우터의 양산 테스트에 성공했다고 밝혔다. 이번 성과로 고가의 데이터처리 장비인 광-라우터를 저비용으로 초소형화해 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.

최근 세계적인 코로나 팬데믹 영향으로 비대면 서비스가 확대됨에 따라, 데이터 폭증으로 인한 데이터센터의 수요가 증가하고 있다. 특히 국내 데이터센터시장 또한 빠르게 성장하면서 더 많은 용량과 빠른 정보처리를 요구하는 광-라우터 기술이 개발 중이다. 광라우터는 반도체에서 광신호가 흐르는 길을 효율적으로 지정된 서버에 보내 줄 수 있는 데이터센터 구축의 핵심 소재다.

기존의 상용화된 광-라우터들은 개당 가격이 수천만원을 호가하고, 속도도 또한 연구팀이 개발한 기술과 비교하면 10만 배 느리면서 크기는 전자레인지만 하다는 단점이 있었다. 이번 성과를 통해 손바닥보다 작으면서 기존 기술에 비해 10만배 빠른 광-라우터의 대량생산이 가능해 졌다.

(a) TSI Semiconductor 파운드리에서 생산한 반도체 광-라우터의 전자현미경 이미지. (b) 칩 전체 사진. (c) 단위-셀 사진. (d) 단위-셀 전자현미경 사진. (e-f) 구성요소 사진 ⓒDGIST

데이터센터의 고대역폭 네트워크는 광섬유로 이루어져 있지만 적절한 광-라우터 제품이 존재하지 않아, 네트워크를 실시간으로 재배치하기 위해 현재 전자식 라우터를 이용하고 있다. 이때 광 신호를 전자신호로 변환하는 과정이 필요하기 때문에, 네트워크의 대역폭이 좁아지고 추가적인 에너지 소모로 네트워크의 확장성을 크게 저해된다. 이 때문에 데이터처리속도에 크게 영향을 미치는 단점이 있었다.

이에 2014년 DGIST 한상윤 교수팀과 미국 UC버클리 공동연구팀은 실리콘으로 광-회로를 만드는 실리콘-포토닉스 기술을 개발해, 기존대비 10만 배 이상 빠른 광-라우터를 반도체 칩 위에 초소형으로 집적하는 기술을 최초 보고한 바 있다. 공동연구팀은 이를 바탕으로 미국 TSI semiconductors 파운드리사와의 협업을 통해 최근 상용 반도체 파운드리에서 양산하는 것에 성공했다. 현재 UC Berkeley 공동연구팀에서는 관련 기술의 특허 등을 기반으로 실리콘밸리에 창업을 진행 중이다. 연구팀은 기술이 상용화 수준에 도달한 만큼 제품의 실제 판매까지 얼마 남지 않았다고 밝혔다.

(a) 구동 전압 통계, (b) 광 삽입손실 통계 ⓒDIGST

DGIST 로봇공학전공 한상윤 교수는 “데이터센터용 광-라우터뿐만 아니라 실리콘-포토닉스 기술로 개발된 광-회로들의 상용화가 가능해, 기존의 대형데이터센터의 내부 연결망을 광-네트워크로 업그레이드가 용이해졌다.”며, “다양한 후속연구를 통해 현재 DGIST에서 개발 중인 광-회로들의 상용화도 꼭 이룰 수 있도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 DGIST 한상윤 교수와 SUSS Microtec의 Jeremy Beguelin 엔지니어가 공동 1저자로 참여했고, 미국 국방고등연구사업국(DARPA), 미국 과학재단(NSF), 구글 Faculty Research Award, UC Berkeley Bakar Fellow 프로그램의 지원으로 수행됐다. 아울러 광공학분야 최대규모 학술단체인 국제광공학회(SPIE)에서 발행하는 ‘저널오브 옵티컬 마이크로시스템즈(Journal of Optical Microsystems)’에 지난 4월 표지논문으로 게재됐다.

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