“데이터센터용 통신용량 증대를 위한 저전력 On-Board 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술(과제번호: R0101-15-01117)”과 “데이터센터 내부 네트워크용 800Gbps 광트랜시버 기술 개발 과제(과제번호: 2021-0-00395)” 사업의 결과물인 “O-band 대역 112Gbps 전계흡수 변조 레이저(EML) 광원 기술“을 이전하고자 함
○ 기술이전의 목적
- 초연결 지능화 인프라(DNA, Data-Network-AI) 기반 서비스 산업 활성화에 따라 차세대 AI 데이터센터의 네트워크 업그레이드 주기는 5년 이하로 단축되고 있으며, 향후 2025년 이전에 800Gbps급 네트워크 고도화에 따른 시장 수요가 급증할 것으로 예상됨
- 800Gbps 광트랜시버는 파장당 PAM-4 112Gbps급 초고속 통신을 기반으로 하는 하이엔드급 광소자가 핵심 부품이며, 데이터센터의 대형화 추세를 반영하여 10km 전송 가능한 광원 기술이 필요함
- 국내 광소자 기술은 10Gbps 이하 광원 기술만 상용화가 진행되고 있으며 50Gbps급 이상의 하이앤드 광소자의 경우 전량 수입에 의존하고 있음
- 하이앤드 광소자는 기술적 난이도로 상용 업체가 제한적이어서 국내 광트랜시버 업체의 경우 수급에 어려움을 겪고 있어 기 개발된 연구소의 112Gbps EML 기술을 업체에 이전하여 국산화를 통한 글로벌 시장 개척 및 국내 광트랜시버 업체 경쟁력 확보에 기여할수 있음
○ 기술이전의 필요성
- 현재 국내 광통신 부품 산업의 대외 기술격차는 미국 대비 약 2년으로 분석 되고 있으며 50Gbps 이상 EML 광원소자와 같은 고사양 제품의 대부분은 해외에서 조달하는 상황으로 코로나 및 대일 무역마찰과 같은 대외환경에 따른 성장 정체 우려가 큰 상황임
- 최근 일본의 소재, 부품에 대한 수출규제를 계기로 핵심 부품의 국산화 필요성이 제기되고 있으며, 특히 50Gbps급 이상의 하이엔드급 EML의 경우 전량 일본에서 수입되고 있어 기술이전을 통해 단기간 내에 국내 상용 칩 생산 기술 확보가 필요함
- O-band 대역의 112G EML은 데이터센터 네트워크 뿐 아니라 5G 미드홀 및 백홀망의 대역폭 확장을 위한 시장이 점차 증가할것으로 예상되어 112G EML 칩 기술이전을 통해 국내업체의 글로벌 시장 진출 지원
- 112G EML 기술이전을 통해 국내 하이앤드 칩 상용화 기반이 마련되면 향후 연구
- O-band 112Gbps 전계흡수 변조 레이저 (EML) 기술의 특징과 장점은 아래와 같음
- 전계흡수형 레이저 다이오드 기술은 직접변조형 레이저 다이오드 기술 대비 변조속도 및 변조파형이 우수하여 향후 변조속도 증대나 장거리 전송에 유리함
- EML은 빛을 생성하는 DFB-LD 영역과 빛을 변조하는 EAM 영역이 분리되어 있으며 본 기술에서는 Butt-joint 기술을 이용하여 에피 및 구조 설계에서 각 영역의 독자적인 특성 최적화가 가능함
- DFB-LD 영역은 매립형 BH 구조로 설계되어 낮은 문턱전류와 우수한 방열 특성을 가지며 EAM 영역은 Deep Ridge 구조로 낮은 capacitance 확보가 가능하여 고속 동작에 유리함
- E-beam을 이용한 회절격자 공정 기술 확보로 다채널 어레이 소자 제작이 가능하며 출력 향상 및 단일모드 수율 향상 구조 도입이 가능함
- 개발된 112G EML은 단일칩 패키징에 유리한 Lump 전극 구조 및 어레이 칩 패키징에 유리한 진행파 전극 구조 기술을 모두 확보하고 있어 응용 분야 따른 대응이 가능함
- 고속 변조를 위한 RF 전극 설계 및 BCB 공정 기술 확보를 통해 향후 다양한 고속 동작 소자에 응용 가능함
기술명 : O-band 대역 112Gbps 전계흡수 변조 레이저(EML) 광원 기술
- 아래와 같은 특성을 갖는 O-band 대역 112Gbps PAM-4 변조를 위한 전계 흡수 변조 레이저(EML) 칩의 설계, 제작 및 특성 분석의 기술이전
- 파장 대역 : 1290nm ~ 1310nm
- 광출력세기 : ≥ 10dBm
- 3dB E/O 변조대역폭 : ≥ 38 GHz
- 신호 동적소광비(Outer ER) : ≥ 3.5dB
- SMSR : ≥ 35dB 이상
기술명 : O-band 대역 112Gbps 전계흡수 변조 레이저(EML) 광원 기술
- 112Gbps EML 에피 설계 기술
- 112Gbps EML 구조 설계 기술
- 112Gbps EML 공정 기술
- 112Gbps EML 측정 및 분석 기술
- 특허 통상 실시권 제공 및 기술 문서 제공
- 112Gbps EML 칩 설계 및 제작 관련 교육
○ 적용분야
- 대면적 데이터센터 내부 네트워크에서의 고속 신호 전달
- 분산형 데이터센터간 고속 신호 전달
- 5G, 6G 이동통신의 백홀, 미드홀, 프론트홀 통신
- 400Gbps/800Gbps 광트랜시버용 광원
○ 기대효과
- 400Gbps 및 800Gbps급 광트랜시버의 핵심 광소자를 개발함으로써, 대규모 수요가 예측되는 데이터센터 통신 시장에서의 선점 효과가 기대됨
- 100Gbps 이상의 하이앤드 급 광소자의 경우 해외에서도 개발이 가능한 기업이 한정적이고 전량 수입에 의존하고 있으며 특히 일본에서의 수입 의존도가 매우 높아 국산화를 통한 수입대체 및 글로벌 시장 진출이 기대됨
- 100Gbps급 EML 광원 국산화는 국내 광트랜시버 업체의 안정적인 초고속 광원칩 수급 확보를 통하여 국내 광산업계의 글로벌 경쟁력 확보에 기여함
- 800Gbps 광트랜시버 및 관련 부품의 기술 상용화를 통한 데이터센터 네트워크용 광통신 부품시장 진출로 지속 가능한 성장동력 확보
- 800Gbps 광트랜시버 및 관련 핵심부품 자립화로 국가 초연결지능화인프라 (DNA, Data-Network-AI) 경쟁력 강화와 함께 ‘28년 6G 상용화 선도국 위상 확보에 기여