1.6T/3.2T 시대의 시작: 데이터 통신 및 PIC 개발을 위한 Coherent Lite 기술

PIC 기술은 1.6톤/3.2톤 시대에 Coherent Lite 시스템의 발전을 가속화합니다.

광통신 분야에서 신호 손실이 적은 디지털 코히런트 통신 시스템(이하 디지털 코히런트)은 전통적으로 통신 분야의 장거리 전송에 사용되어 왔습니다. 반면, 단거리 광통신에 초점을 맞춘 데이터 통신 분야에서는 비교적 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 IMDD 통신 시스템(이하 IMDD 시스템)이 주로 채택되어 왔습니다. 그러나 데이터 센터의 규모와 속도가 지속적으로 확장됨에 따라 신호 손실이 중요한 문제로 대두되고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 디지털 코히런트 시스템을 데이터 통신 애플리케이션에 적용한 코히런트 라이트 시스템이라는 기술이 주목받고 있습니다.

이 글에서는 먼저 코히런트 시스템에 대해 간략히 살펴보겠습니다. 그런 다음 데이터 통신 애플리케이션에 코히런트 라이트 시스템이 필요한 이유와 이러한 시스템을 구현하는 핵심 소자인 광자 집적 회로(PIC) 기술을 소개합니다.

디지털 코히런트 신호 변조란 무엇이며, 1.6T 시대에 어떤 한계점이 드러나고 있는가?

광통신에서 신호 변조 방식은 크게 IMDD 시스템과 디지털 코히런트 시스템의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. IMDD 시스템은 주로 PAM4(4단계 펄스 진폭 변조)라는 신호 처리 방식을 사용합니다. 이 방식은 광 신호의 강도를 4단계로 나누어 데이터를 표현합니다. 구조가 간단하기 때문에 IMDD는 비교적 저렴한 비용으로 구현할 수 있습니다.

하지만 구글과 AWS와 같은 하이퍼스케일러들이 데이터 센터 서버를 계속 확장함에 따라, 랙 간 연결 거리는 수 미터에서 약 2km로 증가했습니다. 이 확장의 결과로, 이전에는 데이터 센터 인터커넥트(DCI)로 간주되었던 약 2km에서 10km 거리가 오늘날에는 점점 데이터 센터 내 통신으로 취급되고 있습니다. 이러한 거리 조건 하에서, 그리고 고속 신호가 더 약화되기 때문에, 기존 IMDD 시스템은 1.6T 이상의 전송 속도, 특히 LR보다 긴 거리에서 충분하지 않게 되고 있습니다.

반면, 디지털 코히런트(DC) 시스템은 16QAM(16레벨 직교 진폭 변조)이라는 고급 변조 기술을 사용합니다. 이 방식은 빛의 위상, 진폭, 편광을 이용하여 변조하므로 IMDD 시스템보다 훨씬 더 많은 정보를 단일 신호에 담을 수 있습니다. 결과적으로 DC 시스템은 장거리 전송 시 신호 손실을 최소화합니다. DC 시스템에서는 외부 광원을 정밀하게 변조하는 변조기와 신호를 수신하는 광검출기의 성능이 특히 중요합니다.

3.2Tbps와 같은 훨씬 더 빠른 속도에서는 신호 손실이 너무 커서 IMDD 시스템이 장거리 통신에 적합하지 않습니다. 따라서 장거리 데이터 통신(DCI) 애플리케이션에도 디지털 코히런트 시스템이 채택될 것으로 예상됩니다. 데이터 통신 영역에 적용되는 디지털 코히런트 시스템은 일반적으로 코히런트 라이트 시스템이라고 합니다.

이 두 방식의 차이점을 설명하기 위해, 빛의 강도만을 이용하여 정보를 전송하는 IMDD 시스템은 모스 부호에 비유할 수 있습니다. 강도뿐 아니라 위상과 편광까지 사용하는 디지털 코히런트 시스템은 음악과 더 유사하며, 음량뿐 아니라 멜로디와 리듬을 통해 더욱 풍부한 정보를 전달합니다.

아래 그림은 IMDD 시스템, 코히런트 라이트 시스템, 디지털 코히런트 시스템의 적용 범위를 전송 속도 및 거리 측면에서 요약한 것입니다. 통신 속도가 빨라지고 전송 거리가 길어짐에 따라 선호되는 통신 시스템도 그에 따라 변화할 것입니다.

1.6T LR 규격은 2km(LR) 도달 거리뿐만 아니라 더 먼 거리까지 커버하기 때문에 임시 명칭으로 "1.6T CL"이라고도 불립니다. 2027년에 정식으로 표준화될 예정이며, 통신 업계에서 선도적인 기술로 널리 인정받고 있습니다.

1.6T/3.2T 시대를 가속화하는 이 PIC 기술은 무엇일까요?

Dexerials는 앞서 설명한 디지털 코히어런트 시스템과 코히런트 라이트 통신 시스템용 PIC를 개발 중입니다. 이 섹션에서는 현재 주목받고 있는 PIC 기술을 설명하고, Dexerials의 핵심 강점 중 하나인 고속 InP 포토다이오드와의 시너지를 소개합니다.

광자 집적 회로(PIC) 기술은 실리콘 공정을 이용하여 단일 웨이퍼에 여러 기능의 광학 부품을 통합하는 새로운 접근 방식입니다. 지금까지 광 송수신기는 레이저, 렌즈, 변조기, 필터, 광검출기 등 여러 광학 부품의 정밀한 조립 및 정렬을 필요로 했습니다. 이러한 조립 공정은 서브마이크론 수준의 정렬 정확도를 요구했으며, 수율, 신뢰성 및 제조 처리량 측면에서 한계에 도달하기 시작했습니다. PIC는 광 송수신기의 주요 광학 기능을 실리콘 웨이퍼에 직접 구현함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 이를 통해 반도체 제조 공정을 사용하여 광 송수신기의 핵심 기능을 한 번에 통합할 수 있습니다.

또한, TSMC와 같이 실리콘 공정 전문성이 뛰어난 파운드리에 생산을 아웃소싱함으로써 대규모 제조 시설에 대한 자본 투자 없이도 사업 확장이 가능해집니다. 고성능, 향상된 신뢰성, 저비용 및 대량 생산 측면에서 PIC는 기존의 개별 부품 조립 방식을 대체할 것으로 기대됩니다.

PIC의 다섯 가지 핵심 기능

Coherent Lite 시스템에 사용되는 PIC의 경우, 이러한 기능들이 어떻게 결합되는지는 구현 아키텍처를 결정할 때 매우 중요한 고려 사항입니다. 디지털 코히런트 시스템용 PIC는 주로 다음과 같은 다섯 가지 핵심 기능을 포함합니다.

Dexerials가 일관된 PIC 개발을 위해 중점적으로 다루는 핵심 기술 분야

近年、데이타콤向け光transceiver에 いては、이 PIC技術を導入는 してとり、低価格化が急速に進化しててました。 一方下、次代のCoherent 方式に対応したPIC下、光導波路, 変調器, 受光素子 などを集積 su ru 構成 が想定 れ て い 마스 。 데크세리아르즈데 は 、 KUした構成を前提にTRx(送受信一体型트란시바)向けPIC製productの開発を進めていまс。

마타、InP(인지움린)高速폿다이오드の設計nowowハwooを武器に、次世代260GBd対応導波路型fotdaiodをPIC上に異種接応した는 TRx一体型PIC의 基本構成이메이지입니다.

덱세리알스는 통신 시스템 및 구현 요구 사항의 변화에 대응하여 다양한 응용 분야 및 전송 거리에 최적화된 PIC 관련 제품을 제공합니다.

디지털 코히런트 및 코히런트 라이트 시스템 시장의 확장에 대응하여, 덱세리얼스는 InP를 포함한 자사의 오랜 화합물 반도체 설계 기술과 실리콘 포토닉스 기술을 결합하여 PIC 개발을 발전시키고 있습니다.

저희는 개별적인 기술 요구사항에 따라 코히런트 시스템용 PIC 구성 및 응용 분야에 대한 타당성 조사도 수행합니다. 관심 있으시면 언제든지 연락 주시기 바랍니다.