일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.11.29

칩과 칩 사이의 통신도 빛으로
실리콘 포토닉스 시장은 2028년에 6억 달러 초과

인터넷을 흐르는 데이터양은 계속 증대되고 있다. 일본에서 최근 5년간 연평균 성장률(CAGR)은 약 6%다. 세계도 비슷한 추세다. 앞으로도 데이터양 증대에 제동이 걸릴 것 같지는 않다.

처리해야 할 데이터양이 늘어나면 소비전력은 증대한다. 급격한 데이터양의 증가에 따른 소비전력의 증대는, 지금까지 반도체의 미세화를 통해 간신히 견뎌 왔다. 하지만 반도체 미세화는 물리적 한계에 가까워지면서 기술적 난이도가 계속 높아지고 있다. 반도체 미세화 이외에 소비전력의 증대를 억제하는 방법 중 하나로서 다시 주목받고 있는 것이 ‘광전융합기술’이다.

광전융합기술이란 이름 그대로 전기신호를 다루는 회로와 광신호를 다루는 회로를 하이브리드로 이용하는 기술이다. 전기는 전송거리가 늘어나거나 주파수가 높아질수록 열손실이 일어난다. 열로 인해 배선 저항이 증대되고 신호 지연도 커진다. 지금까지 전기가 사용되던 서버의 기판 위나 회로 내에서의 신호 전송에 빛을 사용함으로써 성능의 병목 해소와 소비전력 증대 문제의 완화를 노린다.

-- CMOS 제조라인에서 소형화 --
현재, 전기가 주류인 기판 상에서의 신호 전송을 어떻게 빛으로 이행해 갈 것인가? IOWN(Innovative Optical and Wireless Network) 구상을 내걸고 광전융합을 적극적으로 추진하는 NTT는 다음 2단계로 신호 전송의 광화(光化)를 진행하려고 하고 있다.

1단계는 빛을 전기로 변환하는 기능을 갖고 있는 ‘광트랜시버’를 서버의 프린트 기판 상에 설치하는 것이다. 현재 서버 랙 사이를 접속하기 위해 광섬유의 양단에 빛/전기신호 변환회로를 갖춘 AOC(액티브광케이블)라는 케이블이 사용되고 있는데, 이를 위해 개발 중인 실리콘 포토닉스 기술을 적용한다.

광트랜시버를 기판 상에 설치함으로써 대규모 분산 처리 등으로 트래픽이 증대하고 있는 다른 서버와의 통신 부분의 저전력화/저지연화가 가능해진다.

실리콘 포토닉스는 기존의 반도체 칩 제조라인을 사용함으로써 실리콘(Si) 기판 상에 광도파로, 광변조기, 포토다이오드, III-V족 레이저 등의 광소자를 집적하는 기술이다. 개별적으로 부품을 준비하고 이것을 프린트 기판 상에 배치하는 지금의 주류 방식과 달리 기존의 반도체 제조 기술을 사용해 하나의 칩으로 실현할 수 있기 때문에 소형화/저비용화가 가능해진다.

2단계는 반도체 패키지에 실리콘 포토닉스 칩을 내장하는 것이다. 전기 신호가 흐르는 부분은 패키지 내에서 완결되기 때문에 프로세서 패키지끼리 혹은 프로세서 패키지와 메모리 패키지 간의 데이터 전송을 고속화/저소비전력화할 수 있다.

-- 시장의 급성장이 기대된다 --
광전융합 실현의 열쇠를 쥔 실리콘 포토닉스는 앞으로 크게 성장할 것으로 보인다. 프랑스의 시장조사업체인 Yole Developpement에 따르면, 22년에 실리콘 포토닉스의 시장 규모는 6,800만 달러다.

애플리케이션별로 보면, 데이터 센터의 랙과 랙을 연결하는 AOC를 중심으로 한 ‘Plugable’ 시장이 대부분을 차지하고 있다. 향후 가일층의 데이터 용량 증가로 인한 실리콘 포토닉스 시장의 급성장이 기대되며, 28년에는 시장규모 6억 1,300만 달러, CAGR 44%로 성장할 것으로 추산된다.

AOC에서 실리콘 포토닉스가 계속해서 채택되면, 이것이 기판이나 패키지 내로 파급되어 갈 것이다. 실제로 Yole의 예측에서도 반도체 패키지 근처에 광트랜시버를 두는 ‘Near Package Optics’나 패키지에 광트랜시버를 내장하는 ‘Co-Package Optics’가 28년에 매출이 3배로 증가할 것이라는 전망이다.

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