데이터센터 트래픽 병목 현상 해소 방안

한국전자통신연구원(ETRI)은 용량과 규모가 큰 메가(Mega) 데이터센터내 스위칭 시스템에 적용이 가능한 손톱 크기(1.3cm×1.1cm)의 400Gbps 광수신기 모듈 개발에 성공, 관련업체에 기술이전 했다고 밝혔다.

본 수신기는 광전송이 가능토록 광트랜시버에 꼽혀 라인카드에 장착되고 스위칭 시스템 내 내장되어 데이터센터에서 활용될 예정이다.

데이터 빅뱅으로 인한 트래픽 문제해결을 위해 ETRI는 단위 모듈당 데이터 전송 용량을 기존 100Gbps에서 400Gbps로 네 배 늘렸다. 한 번에 1비트(bit)를 보내는 기존의 2단 변조(NRZ) 방식 대신 한 번에 2비트를 보내는 차세대 고효율 전송방식인 4단 고차변조(PAM-4) 방식을 채택했다. 이로써 전송속도가 4배 빠르게 된 셈이다. 

이로써 연구진은 소자 수를 절반으로 줄이고, 상면적도 40% 이상 감소시켰으며, 소모 전력을 25%이상 절감했다. 또한 모듈 비용도 절반으로 줄일 것으로 기대하고 있다.

연구진이 개발한 광수신기 모듈은 ▲광입력단 ▲광역다중화기 ▲광다이오드 ▲전기신호 증폭기 등으로 구성된다. 광수신기 모듈기술의 핵심은 광결합 기술과 고속 전기신호 인터페이스 기술이라고 설명했다. 

광결합 기술은 광신호가 광입력단에서부터 광다이오드에 들어가기 까지의 과정에서 광학적 성능을 높이는 기술을 의미한다. 광신호 손실을 줄이며 채널간 잡음을 최소화하였다. ETRI는 국내 중소기업과 협력하여 광수신기내 평행빔 생성기와 렌즈 등 주요 소자 국산화에 성공했다고 밝혔다. 

고속 전기신호 인터페이스 기술은 광다이오드의 출력 신호를 증폭하고 신호의 손실 및 왜곡을 최소화하여 외부와 연결시키는 기술로 PAM-4 신호가 진행할 때 신호 크기를 균일하게 유지시켜주는 선형성(線形性) 보장이 중요하다. 

연구진은 400Gbps 광수신기 모듈과 더불어, PAM-4 전기신호를 생성하고 복원하는 PAM-4 신호처리 기술도 동시에 개발했다. 기술은 ㈜오이솔루션에 기술이전 되었다.

ETRI는 기술이전 받은 업체들에 벌써부터 해외에서 러브콜이 이어져 올 하반기에는 외국 수출 계획이 구체화될 것으로 예상된다고 밝혔다.

연구진은 본 기술 개발 과정에서 광결합 효율을 높이는 기술과 PAM-4 변조방식 송수신 기술 실용화 관련 핵심 특허 6건을 국내·외에 출원했다. 올해 400Gbps 광송신기도 추가 개발하여 글로벌 선도 기업 수준의 기술을 확보하고 국내 중소기업을 견인할 계획이라고 말했다.

아울러 전 세계 데이터 센터 IP 트래픽은 2016년 연간 6.8 제타바이트(ZB) 에서 2021년 연간 20.6 ZB로 연평균 24.7%로 약 3배 증가할 것으로 전망된다. 또한, 전 세계 데이터센터 광트랜시버 시장은 연평균 10%씩 성장할 것으로 예측되고 있다. 

ETRI 네트워크연구본부 양선희 본부장은“향후 2~3년내 400Gbps PAM-4 광트랜시버 시장이 열릴 것으로 예상하고 있다. 400Gbps PAM-4 광수신기 기술 선점은 고부가가치 창출을 위한 새로운 기회가 될 것이다”라고 설명했다.