인텔 랩(Intel Lab)은 데이터 센터와 네트워크 전반의 컴퓨팅 실리콘 간의 통신 대역폭을 증가하는 통합 포토닉스 연구 분야에서 상당한 진전을 달성했다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 다파장 통합 포토닉스 분야에서 업계 최고의 발전을 이루었다는 것이 특징이다. 또한, 업계의 표준을 뛰어넘는 +/-0.25 데시벨(dB)의 우수한 출력 균일도와 ±6.5% 파장 간격 균일도를 제공하는 8파장 분산 피드백(DFB) 레이저 어레이 시연을 포함한다.

하이승 롱(Haiseng Rong), 인텔 랩 수석 엔지니어는 “이번 연구는 균일하고 촘촘한 파장으로 적합한 출력 전력을 얻을 수 있다는 것을 보여준다”며 “가장 중요한 것은 인텔 팹(fab)에서 기존 제조 및 공정 제어를 사용해 차세대 공동 패키지 포토닉스 및 광학 컴퓨팅 상호 연결 대량 생산을 위한 명확한 길을 제시할 수 있게 된 것”이라고 말했다.

이번 결과는 인공지능 및 머신러닝을 포함한 새로운 네트워크 집약적 워크로드를 위한 코패키지드 옵틱(Co-Packaged Optics, CPO) 및 광학 컴퓨팅 상호 연결과 같은 미래의 대용량 애플리케이션에 필요한 성능을 갖춘 광원 생산을 가능하게 한다. 레이저 어레이(laser array)는 인텔의 300mm 실리콘 광학 제조 공정을 기반으로 구축되어 대량 제조 및 광범위한 적용을 위한 기반을 마련한다.

1980년대부터 광섬유가 제공하는 높은 대역폭 기반의 광연결이, 점차적으로 금속선(線)을 통해 전기 신호를 전송하는 기존의 구리선을 대체하기 시작했다. 이후, 광연결 기술은 부품의 크기와 비용을 줄여 효율성이 개선됐으며, 지난 몇 년 동안 스위치, 데이터 센터 및 기타 고성능 컴퓨팅 환경에서 네트워크 솔루션에 광학 상호 연결을 사용하는데 획기적인 발전을 가져왔다.

전기적 상호 연결 성능 제한이 점점 많아 짐에 따라 실리콘 회로와 광학을 동일한 패키지에 나란히 통합하면 에너지 효율이 향상되고 도달 거리가 더 긴 미래 인풋/아웃풋(I/O) 인터페이스가 보장된다. 인텔은 기존의 공정 기술을 바탕으로 대규모 제조 비용 절감을 가능하게 하는 해당 광학 기술을 개발했다.

고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) 기술을 사용하는 최근의 CPO 솔루션은 광학 칩의 물리적 크기를 대폭 줄이면서 대역폭을 증가시킬 수 있는 가능성을 보여주었다. 그러나 지금까지 균일한 파장 간격과 출력으로 DWDM 광원을 생산하는 것은 매우 어려웠다.

이번 발표는 균일한 출력 전력을 유지하면서 광원의 일관된 파장 분리를 보장, 광 컴퓨팅 상호 연결 및 DWDM 통신의 요구 사항 중 하나를 충족할 수 있다. 향후 급증하는 고대역폭 인공지능 및 머신러닝 워크로드 수요에 맞게 광학 상호 연결을 사용하는 차세대 컴퓨팅 I/O를 제작할 수 있다.

8파장 분산 피드백 어레이는 인텔의 상용 300mm 하이브리드 실리콘 광학 플랫폼을 바탕으로 설계 및 제작되었으며, 이는 대량 생산 광학 트랜스시버를 제조하는데 사용된다. 엄격한 공정 제어를 통한 300mm 실리콘 웨이퍼를 제조하는데 사용된 것과 동일한 리소그래피 기술을 활용해, 대량 보완 금속 산화물 반도체(CMOS) 팹에서 레이저 제조 역량을 크게 향상했다.

인텔은 이번 연구를 위해 III-V 웨이퍼 본딩 공정 이전에 실리콘에서 도파관 격자를 정의하기 위해 리소그래피 기술을 사용했다. 이 기술은 3인치 또는 4인치 III-V 웨이퍼 팹에서 제조된 기존의 반도체 레이저 대비 더 균일한 파장을 선보였다. 이울러, 레이저 어레이는 레이저 간 밀접한 통합을 바탕으로 주변 온도 변화에도 일정한 채널 간격을 유지할 수 있다.

인텔은 실리콘 광학 기술의 선구자로서 자원이 풍부한 네트워크 인프라에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 보다 효율적인 솔루션 개발에 전념하고 있다. 인텔은 광 생성, 증폭, 검출, 변조, CMOS 인터페이스 회로, 패키지 통합 기술 등의 핵심 기술 구성 요소를 개발하고 있다.

더불어, 인텔 실리콘 포토닉스 제품 부서(Silicon Photonics Products Division)는 미래의 광학 컴퓨팅 상호 연결 칩렛 제품에 8파장 통합 레이저 어레이 기술을 다양하게 활용하고 있다. 향후 출시될 제품은 CPU, GPU 및 메모리 등 컴퓨팅 리소스 간 높은 전력 효율 및 고성능 멀티테라비트 상호 연결성을 제공한다. 통합 레이저 어레이는 대용량 제조 및 배치를 지원하는 콤팩트하고 비용 효율적인 솔루션을 제공하는데 있어 매우 중요한 요소다.