공동패키지광학(CPO)과 실리콘포토닉스용 고출력 반도체 레이저 광원의 전략적 중요성이 커지면서, 인듐인화물(InP) 기반 고출력 레이저 확보 경쟁이 본격화되고 있다.
유준상 오이솔루션 최고기술책임자(CTO)는 25일 포스코타워 역삼에서 열린 전자신문 테크데이에서 “최근 엔비디아가 루멘텀과 코히런트에 각각 20억달러 규모 투자를 단행한 것은 인공지능 데이터센터용 광원 확보가 핵심 과제이기 때문”이라며 “실리콘은 간접 밴드갭 구조라 자체 레이저 발광이 어렵고, 인듐인화물 직접 밴드갭 레이저가 필수”라고 강조했다.
실리콘은 반도체 공정이 잘 발달해 있어 광회로를 만들기 좋지만, 자체적으로 레이저 빛을 만들어내지 못한다. 반면 인듐인화물은 '직접 밴드갭' 구조라서 효율적으로 레이저를 발광할 수 있다. 실리콘포토닉스 칩에 빛을 공급하려면 InP 기반 레이저가 반드시 필요하다.
문제는 InP 레이저(3차원 구조)와 실리콘 도파로(2차원 평면 구조)를 어떻게 효율적으로 연결하느냐다. 초창기에는 실리콘포토닉스 칩 위에 InP 게인 칩을 붙여 하이브리드 레이저를 만드는 방식을 사용했다. 그러나 이 방식은 레이저 제작, CMOS 공정 본딩 기술을 모두 한 지붕에서 해야 했기 때문에 인텔을 제외한 다른 기업들이 시도하기 어려웠다. 또한 커플링 효율이 낮고 정렬이 정교해야 하며 발열이 심한 문제도 있었다.
최근에는 렌즈를 이용한 결합 방식이 도입되면서 효율이 크게 높아지고, 허용 오차도 넓어졌다. 구조가 단순한 분포궤환형(DFB) 레이저로도 충분한 성능을 낼 수 있게 돼 제조 비용이 낮아졌다. 이 덕분에 상용화가 빨라지고 있으며, 현재는 하나의 고출력 레이저로 여러 개의 변조기를 구동하는 구조가 일반화됐다.
CPO는 광모듈을 프로세서 바로 옆에 붙여 전기 신호 전송 거리를 극단적으로 줄이는 기술이다. CPO가 본격 상용화되면 광 엔진은 프로세서 옆에 들어가지만, 레이저는 열과 공간 문제 때문에 밖에 따로 둬야 한다.
이 때문에 레이저를 모듈 밖에 따로 두는 외부 레이저 소스(ELS) 수요가 급증하는 추세다. 레이저 출력도 기존 40~70밀리와트에서 100~400밀리와트급 고출력으로 높아지고 있다.
유 CTO는 “CPO용 ELSFP는 초기 언쿨드 제품이 나왔지만 실제로는 사용이 어려워 쿨드 타입으로 전환되고 있다”며 “기술적으로는 아주 긴 분포궤환형(DFB) 레이저를 만들거나, 레이저에 반도체 광증폭기(SOA)를 붙여 출력을 높이는 두 가지 방식이 주목받고 있다”고 설명했다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
