8년 전 디지스트 한상윤 교수가 개발한 라우터
오랜 연구 끝에 드디어 대량생산 길 열렸다

한상윤 디지스트 교수(로봇공학)와 미국 UC버클리 공동연구팀이 데이터센터의 정보 처리 속도를 획기적으로 늘릴 수 있는 반도체기반 광-라우터의 양산 테스트에 성공했다. 이번 성과로 고가의 데이터처리 장비인 광-라우터를 저비용으로 초소형화해 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.

데이터 혁명이 직면한 중요한 기술적 과제는 데이터를 효율적으로 분배하는 ‘라우팅’ 기술을 개발하는 것이다. 라우팅은 일반적으로 전자 스위치에 의해 수행되는 반면 고대역폭 데이터는 광신호를 통해 전송된다. 이러한 이유로 광에서 전자 신호로의 변환이 필요하여 에너지 소모가 증가하고, 대역폭이 감소한다. 이러한 문제는 광-스위치를 이용함으로써 해결될 수 있으나, 현재 상용화된 제품들은 속도가 느리고 가격이 높아 데이터 센터에 적용하기 어려운 상황이다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 2013년에 광-회로 기술과 MEMS(microelectromechanical system) 기술을 접목해 세계에서 가장 채널 수가 많고, 상용제품에 비해 10만 배 빠른 속도의 반도체형 광-라우터를 개발에 성공했다. 그 이후 연구팀은 광-라우터를 실제로 대량생산할 수 있도록 연구를 이어갔고 드디어 그 결실을 맺었다.

대량생산을 위해 연구팀은 기존에 개발한 광-라우터를 CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) 제조 공정을 이용해 생산이 가능하도록 설계를 변경했다. CMOS 공정을 이용해 생산이 가능해지면 상용 반도체 파운드리에서 직접 대량생산이 가능해진다. 연구팀은 미국 캘리포니아 소재 TSI Semiconductor 파운드리와 2015년부터 함께 작업한 끝에 8인치 실리콘 공정을 이용해 광-라우터의 제작에 성공했다. 이번 연구결과를 통해 데이터 통신 네트워크의 미래 핵심 구성 요소인 대규모 광-라우터의 상용화 및 대량 생산의 길이 열렸다.

최근 세계적인 코로나19 영향으로 비대면 서비스가 확대됨에 따라, 데이터 폭증으로 인한 데이터센터의 수요가 증가하고 있다. 특히 국내 데이터센터 시장이 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.

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

연구팀은 이러한 한계를 넘어서는 새로운 시스템을 개발한 것이다. 현재 UC Berkeley 공동연구팀에서는 관련 기술의 특허 등을 기반으로 실리콘밸리에 창업을 진행중이다.

한 교수는 “우리 연구실의 목표는 연구실에서 개발된 기술을 실제 제품으로 상용화하여 사람들의 삶에 눈에 띄는 변화를 가져오는 것”이라며 “현재 연구실에서 개발 중인 광-반도체 기반 인공지능 가속기, 반도체형 3차원 카메라 등을 가까운 시일 내에 상용화 수준으로 끌어 올리겠다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 D한 교수와  제레미 베굴렌 엔지니어가 공동 1저자로 참여했고, 미국 국방고등연구사업국, 미국 과학재단, 구글 Faculty Research Award, UC Berkeley Bakar Fellow 프로그램의 지원으로 수행됐다. 아울러 광공학분야 최대규모 학술단체인 국제광공학회에서 발행하는 『저널오브 옵티컬 마이크로시스템즈』에 지난 4월 표지논문으로 게재됐다.

정민기 기자 bonsense@kyosu.net

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