광 트랜시버 기초 및 최근 동향

광 트랜시버: 고속 광 통신을 지원하는 장치

광 트랜시버는 전기 신호를 광 신호로 또는 그 반대로 변환하는 장치로, 최신 고속 통신 네트워크를 지원하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 데이터 센터 및 통신 시스템에서 널리 사용되어 많은 양의 데이터를 고속으로 효율적으로 전송할 수 있습니다. 이 기사에서는 광 데이터 센터를 지원하는 광 트랜시버의 기본 사항과 최근 동향에 대해 설명합니다.

데이터 센터의 핵심에는 서버 랙에 정렬된 서버가 있습니다. 각 서버에는 광 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 포함되어 있으며, NIC에는 서버 및 기타 네트워크 장치와 고속 통신을 가능하게 하는 광 트랜시버가 있습니다. 데이터 센터 내의 트래픽을 제어하고 서버와 네트워크 세그먼트 간에 데이터를 전송하는 네트워크 스위치에는 많은 광 트랜시버가 포함되어 있습니다. 이러한 스위치는 일반적으로 랙 위 또는 전용 네트워크 랙에 배치됩니다.

광 트랜시버의 작동 원리는 비교적 간단합니다. 송신 측에서는 반도체 레이저 다이오드를 사용하여 전기 신호를 광 신호로 변환합니다. 이 레이저 다이오드는 입력된 전기 신호를 기반으로 광도를 조절하여 광섬유로 신호를 보냅니다. 그런 다음 수신 측에서 포토다이오드는 광섬유의 광 신호를 전기 신호로 변환합니다. 포토다이오드가 들어오는 빛을 전류로 변환한 후 전류가 증폭되고 디지털 신호 처리를 통해 원래 전기 신호가 복원됩니다.

광 트랜시버는 데이터 센터, 통신 제공업체의 네트워크, 대기업 네트워크 등에서 널리 사용됩니다. 이러한 환경에서 광통신은 장거리에서 많은 양의 데이터를 고속으로 전송하는 데 필수적입니다. 구체적인 사용 사례로는 인터넷 서비스 제공업체, 클라우드 컴퓨팅, 5G 모바일 네트워크, 빅 데이터 분석, 스트리밍 서비스 등이 있습니다. 이러한 서비스는 안정적인 고속 데이터 전송에 대한 요구로 인해 광 트랜시버 성능이 서비스 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

포토다이오드: 광 트랜시버의 핵심

광 트랜시버의 핵심인 포토다이오드의 성능은 구조와 재료 선택에 크게 좌우됩니다. 일반적으로 사용되는 광 다이오드 구조에는 PIN(포지티브-내재-네거티브) 및 APD(애벌랜치 포토다이오드)가 포함됩니다.

PIN 구조는 높은 응답 속도와 낮은 잡음을 제공하며 많은 광 트랜시버에 널리 사용됩니다. 반면에 APD 구조는 내부적으로 광전류를 증폭합니다. 이를 통해 높은 응답성 감지가 가능하지만 높은 작동 전압이 필요하고 더 많은 노이즈가 발생합니다. 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 인듐 갈륨 비소(InGaAs)와 같은 재료가 사용되며 각각 다른 파장 대역에서 최적의 성능을 제공합니다.

광트랜시버 표준의 역사

광 트랜시버에 대한 표준은 통신 기술의 발전 및 수요와 함께 발전해 왔습니다. 초기 광 트랜시버는 속도가 느리고 폼 팩터가 컸지만 최근 몇 년 동안 계속해서 더 작고, 더 빠르고, 더 에너지 효율적으로 성장하고 있습니다. 대표적인 표준으로는 SFP(Small Form-factor Pluggable), SFP+, QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable), QSFP28 및 CFP(C Form-factor Pluggable)가 있습니다. 데이터 속도, 크기, 전력 소비 및 전송 거리와 같은 사양을 정의하여 여러 공급업체 간의 호환성을 보장합니다.

최신 광 트랜시버 기술은 고속 및 고밀도의 추가 개선을 목표로 합니다. 예를 들어, 400Gbps 및 800Gbps의 전송 속도를 달성하는 광 트랜시버가 개발되었으며 실제 구현을 향한 진전이 이루어지고 있습니다. 이 고속 트랜시버는 또한 실리콘 포토닉스 기술을 사용한 통합을 활용하여 훨씬 더 작은 폼 팩터와 전자 회로와의 통합을 가능하게 합니다. (참고: https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08659/)(일본어)​

또 다른 핵심 기술 트렌드는 에너지 효율성 향상입니다. 데이터센터의 전력 소비가 계속 증가함에 따라 광 트랜시버의 전력 소비를 줄이는 것이 중요한 과제가 되었습니다. 이 문제를 해결하기 위한 지속적인 노력에는 효율적인 광원 및 광 수신기 개발, 저전력 전기 회로 설계, 열 설계 최적화가 포함됩니다.

광 트랜시버 시장에 대한 전망은 매우 유망한 것으로 알려져 있습니다. 전 세계 시장 규모는 2024년 13.6B USD에서 2029년 25B USD로 성장할 것으로 예상되며 연평균 성장률은 13.0%입니다. (참고: https://www.gii.co.jp/report/mama1459082-optical-transceiver-market-by-form-factor-sff-sfp.html)(일본어)​

또한 6G 통신, IoT(사물 인터넷) 장치의 폭발적인 성장, 광범위한 AI 및 머신 러닝으로 인한 데이터 트래픽 증가로 인해 고속, 대용량 통신에 대한 수요가 기하급수적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 광 트랜시버 기술은 이러한 수요를 충족하기 위해 더욱 발전할 것으로 예상됩니다.

광 트랜시버 기술은 정보화 사회를 지탱하는 중요한 기반 기술입니다. 그것이 발전함에 따라 우리가 살고 일하는 방식에 큰 변화를 가져올 가능성이 있습니다. Dexerials는 광 트랜시버의 핵심인 포토다이오드에 기술 혁신을 도입함으로써 보다 풍요로운 통신의 미래를 개척하는 것을 목표로 합니다.