KAIST, AI 데이터센터 전력난 해결할 차세대 광변조기 개발
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인공지능(AI) 서비스 확산으로 데이터센터의 전력 소비와 데이터 전송 병목 문제가 커지는 가운데 국내 연구진이 이를 해결할 수 있는 차세대 광통신 핵심 기술을 개발했다.
KAIST는 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 한재훈 박사, 한국나노기술원(KANC) 김종민 박사, 삼성전자 패키징사업부와 공동으로 서로 다른 반도체 소재의 장점을 결합한 차세대 광변조기를 개발했다고 23일 밝혔다.
(뒷줄 좌측부터) KAIST 한용환 석사과정, 강동길 박사과정, (앞줄 좌측부터) KAIST 윤빈 석사과정, 김수현 석사과정, (우상 동그라미 왼쪽부터) KAIST 김상현 교수, KAIST 이신형 박사과정, 김인기 박사과정. KAIST 제공.
광변조기는 전기 신호를 빛 신호로 변환해 데이터를 전달하는 장치로, AI 데이터센터의 데이터 전송 속도와 전력 효율을 좌우하는 핵심 부품으로 꼽힌다. 그러나 기존 실리콘 기반 광변조기는 발열과 온도 변화에 취약하고 효율과 속도 사이에 상충 관계가 존재하는 한계를 안고 있었다.
연구팀은 온도 변화에 강한 마하-젠더 구조를 유지하면서 실리콘 도파로 위에 인화물계 반도체(InGaAsP) 박막을 결합하는 방식으로 기존 한계를 극복했다. 또한 공핍(Depletion) 모드 구동과 프란츠-켈디시 효과를 결합해 고효율과 고속 동작을 동시에 구현했다.
그 결과 길이 500마이크로미터(μm)의 초소형 소자에서 세계 최고 수준의 변조 효율(0.146V·cm)과 26.3GHz의 고속 구동 대역폭을 동시에 달성했다. 이는 적은 전력으로 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있음을 의미하며, AI 데이터센터의 에너지 효율과 데이터 처리 성능을 동시에 높일 수 있는 성과로 평가된다.
연구팀은 이번 기술이 차세대 데이터센터용 광통신 칩과 공동 패키지 광학(Co-Packaged Optics·CPO)의 핵심 부품으로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 광변조기의 효율과 속도 간 한계를 동시에 개선함으로써 초고속 광통신 시스템과 AI 데이터센터 구현에 새로운 전환점을 제시했다는 평가다.
김상현 KAIST 교수는 "이번 성과는 광변조기의 효율과 속도를 동시에 향상시킨 것으로 차세대 AI 데이터센터와 초고속 광통신 시스템에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
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