반도체 칩 크기 한계 뛰어넘는 세계 최대 광집적스위치 개발

석태준 GIST 교수 공동연구팀 성과

6인치 실리콘 웨이퍼에 제작된 광집적스위치

[아시아경제 김철현 기자] 광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 석태준 전기전자컴퓨터공학부 교수와 미국 UC버클리 공동연구팀이 광섬유를 통한 빛의 정보 교환을 기존보다 빠르고 효과적으로 재구성할 수 있는 새로운 광스위치를 개발하는데 성공했다고 25일 밝혔다.

개발된 광스위치는 실리콘 반도체 공정 기술을 이용해 240개의 광입력과 240개의 광출력 간 연결을 재구성해줄 수 있는 5만개가 넘는 나노구조체들을 실리콘 반도체 칩 위에 집적함으로써 구현됐다. 이는 지금까지 발표된 광집적스위치 중 세계 최대 규모이다.

막대한 정보량을 기반으로 하는 초연결 시대의 차세대 네트워크에서는 광스위치가 전기스위치를 대체할 것이라는 전망이 설득력을 얻고 있다. 하지만 지금까지 개발된 광집적스위치는 입·출력의 수가 증가할수록 광손실이 누적되는 한계가 있었다. 또 칩의 크기가 작은 반도체 공정의 특성상 스위치 크기의 확장도 제한됐다.

연구팀은 실리콘 광반도체 위에 다단계의 스위칭 스테이지를 배열하는 기존 방식 대신 복층으로 구성된 '광도파로'를 입체적으로 구현하고 미세전자기계시스템으로 광도파로를 물리적으로 이동시켜 빛의 경로를 전환하는 획기적인 방식을 통해 광손실의 누적을 피했다. 또한 광반도체 공정시 실리콘 칩을 연결하는 방식을 최초로 도입해 240개의 광 입·출력 연결을 재구성할 수 있는 세계 최대의 광집적스위치를 구현했다. 이번에 개발된 스위치는 1초에 100만번 이상 입·출력 간의 연결을 재구성해 줄 수 있는데 이는 1초에 100여번 정도 재구성이 가능한 기존 상용 광스위치에 비해 만배 이상 빠른 속도이다.

석태준 교수는 "이번 연구에서 소개된 광반도체 칩을 연결하는 방법은 기존의 반도체 칩 크기 한계를 뛰어넘어 대규모 광집적회로를 가능하게 해주는 혁신적인 기술로, 광집적스위치 뿐 아니라 광소자 양자컴퓨팅, 광기반 프로세서, 광인공신경망 등 현재 활발하게 연구되고 있는 차세대 대규모 광집적회로 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다"고 말했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr