본 기술은 차세대 네트워크(6G) 산업기술개발 사업의 “6G 무선액세스용 지능형 50Gbps/100Gbps 파장가변 광부품 및 광트랜시버 기술 개발” 과제와 ETRI 기본사업의 ICT 창의기술 개발/6G NTN 위성 간 데이터 송신용 빔조향기 칩 및 비기계식 빔조향 모듈 개발“과제의 결과물 중 하나인 “6G 통신용 파장가변 변조광원칩 기술“ 이전을 통해 관련 핵심기술을 이전하고자 함.
- 기술이전 내용은 업체 요구사항을 만족하는 소자에 대한 구현기술들을 포함한다.
? 국내 RAN(radio access network)의 Fronthaul은 10/25Gbps 기반의WDM(wavelength division multiplexing) 시스템으로 운용
? 6G 서비스 수용을 위해 채널수 확장과 채널 변조속도를 증가시켜 네트워크를 대용량화를 시키고 있으며, 기존의 파장고정 대신 인벤토리 저감 및 채널 관리/통제를 위해 파장가변 시스템으로 전환중
? 파장가변 고속변조 광원으로 활용되는 T-EML (tunable electro-modulated laser)는 DBR-LD(distributed Bragg reflector-laser diode)와 EAM(electro-absorption modulator)가 단일집적된 반도체 칩으로서 DBR-LD의 파장 가변부를 조정해서 동작 파장을 가변시킬 수 있으며, EAM 에서 신호를 변조시켜 정보를 전송함.
? 튜너블 트랜시버는 T-EML이 실장되어 송신부 역할을 하는 TOSA(transmitter optical sub-assembly), 수신부인 ROSA(receiver optical sub-assembly), 제어부인 PCB(printed circuit board)과 외관인 housing으로 구성되며, 소정의 form-factor 내에 모두 실장됨.
? 광트랜시버 제작시 원재료 비용은 광원칩 (39.5%), IC (12.4%), isolator (10.4%), PD (10.2%) 순이며, 광원칩은 단가면에서도 여타 부품에 비해 매우 높은 가격이며, 현재 ~25Gbps NRZ(non-return-to-zero)의 동작속도에서 제한적 파장가변 광원 (파장가변 범위~ 3.2nm)의 DFB(distributed feedback)-LD가 적용되고 있음.
? 본격적인 5G의 본격적인 적용과 함께 인벤토리 코스트 저감을 위해서는 25Gbps NRZ 이상 혹은 50G PAM4(pulse amplitude modulation level 4)의 고속 변조와 16채널 (~13nm)의 파장가변이 가능한 반도체 칩 기술이 필요하며, 현재 Smart MSA와 향후 적용되는 범위를 감안하면, 칩 수준에서는 100G PAM4 동작이 가능한 동작의 기술개발이 조속히 요구되며, 향후 튜너블 광원칩을 기반으로 한 관련 응용 네트웍은 향후 SDN(software defined network)에 효과적으로 적용될 것으로 판단됨.
? 파장가변 광원은 국내 요구량도 10Gbps를 포함한 25Gbps의 광원칩 수요는 약 1,000억이 넘고 있으며, 최근 FMCW (frequency modulated continuous wave), SS-OCT (swept source-optical coherent tomography)를 비롯한 광센서 혹은 기능성 트랜시버 시장을 고려할 경우, 년 1500억 이상의 내수를 위한 국산화와 함께 해외시장 진입이 가능할 것으로 판단됨.
? 파장가변 광원은 구현형태 및 구성/동작에 따라 크게 5가지로 구분할 수 있음
? SG(sampled grating)-DBR과 DFB array는 우수한 성능을 가지는 반면 높은 가격으로 엑세스망에 적용이 제한
? DFB-TEC (thermo electric cooler)는 가격이 낮은 대신, 상술한 파장가변 범위 제한과 응답특성의 비선형성으로 고속 PAM4 동작이 제한되는 문제
? ECL (external cavity laser)는 하이브리드 집적인 만큼 구조 및 동작 안정성이 큰 이슈가 되고 있음.
? Tunable DBR-LD 및 DBR-EAM(T-EML)은 본 기술이전 구성으로서 가격, 크기, 안정성, 동작의 간편성 측면에서 가장 우수한 형태로 평가되고 있음.
이전 기술은 다채널 동작을 지원하고, 각 채널별로 100Gbps PAM4 신호를 제공할 수 있는 DBR-EAM 형 파장가변 변조광원으로서, 종래의 SG-DBR 구성에 비해 소자구성이 간단하고, 파장가변 동작이 쉬워서 저가격 제공이 가능하고, 종래의 DFB-TEC 구성에 비해서는 고속동작과 광대역 파장가변이 가능한 장점이 있음.
o 기술이전의 내용
A. 기술명 : 6G 통신용 파장가변 변조광원칩 제작기술 (세부 기술 1)
1) 요구사항
- 8/16채널 동작 T-EML(tunable electro-modulated laser) 칩
- 50/100Gbps NRZ/PAM4 동작 (채널당)
- IT 버전 동작조건 (55도)
2) 세부기술: T-EML 제작칩 및 구현기술
- ETRI 제작 T-EML 칩 (성능 요구사항 반영) 제공
- 제작공정 및 구현 기술 (마스크, Runsheet) 제공
- 세부 공정기술 자료 제공 및 교육 (필요시)
B. 기술명 : 6G 통신용 파장가변 변조광원칩 설계/평가 기술 (세부기술 2)
1) 요구사항
- O/C-band 동작 DBR-EAM (에피/도파로) 구조
- T-EML 단일집적 구성
- IT 조건에서 성능평가 및 개선 검토
2) 세부기술: T-EML 구조설계 및 관련기술
- T-EML 설계 구조 (성능 요구사항 반영) 제공
- 설계구성 및 해석결과 (시뮬레이션) 제공
- 기능구성 설계/측정평가 자료 제공 및 교육 (필요시)
o 기술이전의 범위
A. 기술명 : 6G 통신용 파장가변 변조광원칩 제작 기술 (세부 기술 1)
1) ETRI 파장가변 광원 칩 제공(100개 미만)
- T-EML 제작칩 (ETRI fab 활용) 제공
- 칩 개수: 조정가능 (1회, xx개 이내)
- 적용칩에 대해 업체 사용 허가
B. 기술명 : 6G 통신용 파장가변 변조광원칩 설계/평가 기술 (세부기술 2)
1) 업체 파장가변 광원 구조 제공
- T-EML 설계구조 (업체 공정 및 기술상황 반영) 및 측정평가 내용
- 설계/평가 횟수: 조정가능 (1~2회)
- 설계구성의 제작 칩에 대해 특성 평가 및 개선 검토 (x 회 이내)
? 지난 몇 년간 CWDM 망 기반 3G-PP LTE 및 LTE-A의 국내 무선 이동통신 상용 서비스의 시행으로 인해 파장고정 Gb/s급 광원의 수요가 폭발적으로 증가하였으며, 이후 5G 수용을 위한 파장가변 시스템으로의 변화에 맞춰 국내의 광통신 모듈회사가 이를 수용하여 신규로 형성되는 시장에 진입 가능성이 높음.
? 세계적으로 수직계열 인수합병을 통해 칩 수급이 어려워지고 있는 상황에서 상용화 경험을 보유한 업체에서 이를 수행해서 시장요구에 대응하는 제품개발시 국내시장 활성화 뿐 아니라, 세계시장 진입도 가능할 것으로 판단됨.
? 국내업체의 칩 제작 및 모듈 기술에 대해 ETRI의 개발 기술을 결합하여 요구조건에 만족하는 국내솔루션 개발의 성공 가능성 높음.