chapter 3-1 200Gbps 광송수신엔진기술 * 백용순 한국전자통신연구원책임연구원 I. 결과물개요 개발목표시기 2019. 12. 기술성숙도 (TRL) 개발전 개발후 TRL 4 TRL 6 결과물형태 Patent, HW-Module 검증방법품질보증 (ETRI Q-mark) Keywords 200Gbps, 광학엔진, Optical Engine, 데이터센터, On-Board 외부기술요소 100% 개발기술권리성특허, HP-IP, 설계도 II. 기술의개념및내용 1. 기술의개념 4 차산업혁명의핵심인 IoT, AI, 빅데이터등의서비스구현을위해폭발적으로증가하 는데이터센터통신용량수용을위한채널당 50Gbps 전송기반저전력, 초저가형 * 본내용은백용순책임연구원 ( 042-860-6805) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP 의공식적인입장이아님을밝힙니다. *** 정보통신기획평가원은현재개발진행및완료예정인 ICT R&D 성과결과물을과제종료이전에공개하는 ICT R&D 사업화를위한기술예고 를 2014 년부터실시하고있는바, 본칼럼에서는이를통해공개한결과물의기술이전, 사업화등기술활용도제고를위해매주 1~2 건의관련기술을소개함 정보통신기획평가원 27
주간기술동향 2019. 10. 30. [ 그림 1] 200Gbps 광송수신엔진기술개념도 온보드집적 200Gbps 광송수신용광학엔진개발 - 채널당 50Gbps의데이터전송을위해기존 25Gbps 동작소자대비변조속도향상및고차변조방식수용이가능한 200Gbps 광학엔진설계및제작기술확보 - 고밀도집적및저가격구현을위해기존 Gold Box 기반의 Hermetic 패키지구조를적용하지않고외부환경노출에도자체신뢰성이확보된고신뢰광소자기술적용 - 기존라인카드전면에실장하던광트랜시버를스위치 ASIC 주변에위치시켜저전력소모, 저지연및통신용량증대가가능한 On-Board형 200Gbps 광송수신엔진기술개발 - 채널당 50Gbps 전송가능한 200Gbps 초소형, 저전력 On-Board 광송수신엔진구현을위한신호선설계, 열방출구도를포함한모듈패키징기술및유지보수비용절감을위한교체형모듈기술확보 - 스위치또는라우터라인카드에직접실장이가능한 On-Board 광송수신엔진기술확보를통해고속전기신호전송에서발생하는전력소모, 지연및신호왜곡을최소화하고실장밀도증대를통한데이터처리용량증대 28 www.iitp.kr
2. 기술의상세내용 기술의상세내용 - 초소형 On-Board 집적기반광학엔진기술개발 고집적광학엔진을위한고효율 / 고수율광집적기술 송수신기간누화율최소화를위한초고속신호선설계및배치기술 고가의 Gold Box를제거한저가형 On-Board 집적기술 교체형광학엔진구현을위한 50Gbps 3D 전기신호선연결기술 - On-Board 집적용 200Gbps TROSA 모듈기술개발 저전력광원및열방출최적화를통한소모전력저감기술 광원및광검출기구동용전자소자집적기술 4채널 50Gbps 송수신일체형 On-Board 집적 200Gbps TROSA 모듈기술 대면적데이터센터통신을위한 2km 전송기술 기술이전범위 - 초소형 On-Board 집적기반광학엔진기술개발 파장다중화 / 역다중화기초소형화를위한고굴절률대비광도파로설계기술 광원 (DML, EML) 및파장다중화기간의칩투칩광결합기술 표면입사형광검출기및파장역다중화기간의광결합기술 광송수신기간의전기크로스톡최소화를위한초고속 PCB/FPCB의신호선설계및배치기술 교체형광학엔진구현을위한 50Gbps 3D 전기신호선연결기술 - On-Board 집적용 200Gbps TROSA 모듈기술개발 저전력광원및열방출최적화를통한소모전력저감기술 4채널 50Gbps 송수신일체형 On-Board 집적 200Gbps TROSA 모듈설계및제작기술 대면적데이터센터통신을위한 2km 전송기술 200Gbps 광송수신엔진특성평가를위한구동보드및 firmware 기술 정보통신기획평가원 29
주간기술동향 2019. 10. 30. III. 국내외기술동향및경쟁력 1. 국내기술동향 ETRI를중심으로데이터센터용 100G 광부품개발이진행되었으며, 다수의국내업체에기술이전을통해상용화가진행중임 ETRI는 28Gbps 광소자칩, CFP2/CFP4 100G TOSA, ROSA 및광트랜시버를개발한바있으며, 최근채널당 50Gbps PAM-4 기반의 400G 광트랜시버를개발중임 에이알텍, 빛과전자, 오이솔루션, 옵텔라등국내광트랜시버업체에서 CFP4 및 QSFP28 100G 광트랜시버상용제품을개발중임 2. 해외기술동향 채널당변조속도를증가시키기위해일본, 미국, 유럽, 중국등에서 50Gbps급 NRZ 변조가능한 EML 및 DML 등의개발이진행중이며, 50Gbps 및 100Gbps PAM-4 기반의멀티레벨변조에대한연구도활발히진행중임 Intel, Microsoft, Finisar 등의업체를중심으로 On-Board Optics 기반의컨소시엄이형성되어초고속, 초저가형 200G/400G 송수신광모듈및광트랜시버개발이진행중이며 OIF에서는채널당 100Gbps 전기신호전송을위한표준을현재논의중임 (CEI-112G project) 3. 표준화동향 400G 이더넷통신에대한표준화가 IEEE 802.3bs에서 2017년 12월 6일완료되었으며, IEEE 802.3cd에서는 50/100/200G 이더넷표준화가진행되었음 100G lambda MSA에서는 2018년초에 2km 전송을위한 400G-FR4에대한 MSA 를발표하였으며, 10km 전송용 400G-LR4 규격을논의중임 30 www.iitp.kr
4. 보유특허 No. 국가출원번호 ( 출원일 ) 상태명칭 1 미국 등록번호 : 15/203737 ( 등록일 : 2016-07-06) 등록 MULTI-CHANNEL RECEIVER OPTICAL SUB-ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF 2 한국 ( 미국 ) 2019-0012299 (2019-01-30) 한국출원 ( 미국예정 ) 광모듈및솔더볼접합구조체 5. 기술의경쟁력 경쟁기술 렌즈광결합기반광송신부기술 박막필터파장역다중화기반광수신부기술 세라믹서브마운트기술 TOSA/ROSA 기술 Gold Box 기술 PCB pluggable RF 연결기술 본기술의우수성및차별성 다채널및저손실집적이가능한실리카파장다중화기와광원과의칩투칩광결합기술을이용하여초저가형및고신뢰성광송신부구현가능 45 도반사면이형성된실리카파장역다중화기와 PD 캐리어를이용한광수신부구조를통해수동정렬및높은광결합효율확보가가능함 Metal Optical Bench(MOB) 및 Flexible Printed Circuit Board(FPCB) 를이용하여고주파특성이우수한저가의광송수신엔진구현이가능함 기존의 TOSA/ROSA 분리형구조대신 TOSA/ROSA 가단일집적되는 TROSA 형구조를적용함으로써고집적광모듈구현및광모듈패키징비용을감소시킴 On-Board 집적광학엔진기술은기존 100G TOSA/ROSA 에서요구되는고가의 Gold Box 를제거하여저가격화의장점을확보할수있어가격경쟁력이우수함 일반적으로 PCB pluggable RF 연결구조의경우 50~100Gbps 신호전송시손실이매우큰단점이있으나, 본제안에서는 3D 연결을이용한교체형광학엔진의원천기술확보로효율성및경제성확보 IV. 국내외시장동향및전망 1. 국내시장동향및전망 200Gbps 이상급광송수신엔진관련국내시장및수요는거의전무한상황임 2. 해외시장동향및전망 데이터센터용광트랜시버시장은 2021 년에 50 억달러에이를전망이며 100G 이상이 정보통신기획평가원 31
주간기술동향 2019. 10. 30. 91% 를차지할것으로예측됨 (HIS, 2017) 2019년까지 100G 이더넷트랜시버수요가급증할것으로전망되며, 2019년이후 200/400G 광트랜시버가시장을주도할것으로예측됨 광통신부품시장규모는 2016년 105억달러에서 2021년 252억달러로확대될전망이며 (OVUM, 2017) 아마존, 구글, 페이스북등의대규모투자가진행중임 3. 제품화및활용가능분야 활용분야 ( 제품 / 서비스 ) 200G TROSA 모듈 200G 광트랜시버 200G TOSA/ROSA 슈퍼컴퓨터용 AOC 제품및활용분야세부내용데이터센터용광트랜시버및소자 / 부품시장데이터센터용광트랜시버시장전달망, 메트로망, 가입자망, 데이터센터를포함하는광통신소자 / 부품시장빅데이터처리를위한슈퍼컴퓨터용 AOC 시장 V. 기대효과 1. 기술도입으로인한경제적효과 초고속핵심광소자개발및이를기반으로한 200G급송수신광학엔진을선도적으로개발함으로써, 제4차산업혁명의핵심인 IoT, 인공지능, 빅데이터등의서비스를위해대규모수요가예측되는데이터센터통신시장에서의선점효과가기대됨 200G 광송수신엔진기술의개발완료시해외시장진출가능성이높아국내관련산업계의시장확대에기여함 2. 기술사업화로인한파급효과 200G급광학엔진의개발을통해제4차산업혁명의핵심인 IoT, AI, 빅데이터등으로대규모수요가예측되는데이터센터통신시장에서의경쟁력및주도권확보 200G급광학엔진및광트랜시버용핵심광부품개발을통해국내광트랜시버업체의안정적부품수급및경쟁력확보가가능 32 www.iitp.kr