인듐인화물 렌즈로 효율성 증가
특허 출원·기술 이전으로 자립 추진
[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국전자통신연구원(ETRI)은 초대형 인공지능(AI) 데이터센터와 5G·6G 통신 인프라에 활용할 수 있는 200Gbps급 광검출기 소자를 국내 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.
광검출기는 광신호를 전기신호로 변환하는 핵심 반도체 부품으로, 데이터센터와 통신망의 데이터 수신 성능을 좌우하는 필수 요소다. ETRI가 개발한 200Gbps급 광검출기는 채널당 데이터 처리 용량을 기존 대비 약 2배 높여 5GB 용량의 풀HD 영화 5편을 1초에 전송할 수 있는 수준의 초고속 수신을 가능하게 했다.
연구진이 개발한 광검출기 소자는 70GHz 이상의 대역폭과 0.75A/W 이상의 높은 광응답도를 동시에 구현했으며, 크기는 0.5mm × 0.4mm에 불과하다. 특히 칩 후면에 인듐인화물(InP) 재질의 볼록 렌즈를 단일 집적한 '후면렌즈 집적형 구조'를 적용해 광수신 효율과 정렬 편의성을 크게 높였다. 이는 별도의 수광 렌즈 부품이 필요 없어 패키징을 단순화할 수 있으며, 향후 800Gbps 및 1.6Tbps급 광모듈 제작 시 비용 절감 효과가 기대된다.
현재 데이터센터에서 널리 사용되는 광검출기 소자는 채널당 약 112Gbps급 성능이 일반적이다. ETRI는 이번 기술 개발을 통해 채널당 최대 224Gbps 광신호 처리까지 가능하도록 해 데이터 처리 용량을 획기적으로 향상시켰다. 설계부터 제작까지 전 과정을 순수 국내 기술로 구현한 점도 의미가 크다.
200Gbps급 광검출기 칩은 전 세계적으로 소수 기업만 개발 가능한 고난도 기술이다. ETRI는 인듐갈륨비소(InGaAs) 광검출기 기술과 화합물 반도체 파운드리 운영 경험을 기반으로 핵심 원천기술 확보에 성공했다. 한영탁 책임연구원은 "공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체 분야에서 핵심 원천기술 확보와 안정적인 파운드리 운영 역량을 동시에 확보한 것이 이번 성과의 핵심"이라고 설명했다.
최근 AI, 클라우드, OTT, 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 서비스 확산으로 데이터 트래픽이 급증하면서 초고속·대용량 광소자 기술 확보의 중요성은 더욱 커지고 있다. 해당 소자는 향후 AI 데이터센터 내부 네트워크용 광트랜시버 수신부에 적용될 예정이며, 데이터센터 타워랙 내부 라인카드에는 다수의 광트랜시버가 탑재되는 만큼 핵심 부품의 성능과 비용 효율성이 중요하다.
ETRI는 본 기술과 관련한 국내외 특허를 출원했으며, 국내 광부품 관련기업인 ㈜우리로에 기술 이전을 완료했다. 이를 통해 해외 수입 의존도를 낮추고 국내 광소자 및 부품 산업 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 기대된다. 권용환 광무선연구본부장은 "빠르게 성장하는 AI 데이터센터와 5G/6G 시장에 적용 가능한 핵심 광검출기 소자 기술을 국내 최초로 개발함으로써 국내 광부품 산업 경쟁력 강화에 기여할 수 있게 됐다"고 밝혔다.
시장조사기관 라이트카운팅(LightCounting)에 따르면 글로벌 광트랜시버 시장 규모는 2019년 60억 달러에서 2026년 180억 달러로 세 배 이상 성장할 것으로 전망된다. ETRI는 향후 AI 데이터센터 및 5G/6G 통신 시장에서 글로벌 기업들과 경쟁할 수 있도록 산업 적용과 상용화를 적극 지원할 계획이다.
이번 연구 성과는 일본 삿포로에서 개최된 아시아·태평양 지역 최대 광통신 학술대회 OECC 2025에서 발표했고 최근 국제우수논문지 'Optics Express'에 게재됐다.
biggerthanseoul@newspim.com
