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능동형 광케이블빅데이터 및 고화질 시대의 데이터 전송에 강자로 부상
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승인 2017.06.20  11:44:31
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KISTI 산업정보분석실 책임연구원 나도백 (Tel: 02-3299-6111  e-mail: nahdb@kisti.re.kr)

 [ 요약 ]

1. 빛을 이용해 통신신호를 전달하는 능동형 광케이블(AOC: Active Optical Cable)은 광섬유와 코어(core), 클래드(clad) 등 머리카락보다 가는 수천 개 섬유로 구성되는데 FTTH(Fiber to the premises) 등 광통신 보급이 확산되고 있는 중국, 동남아, 유럽 등 해외시장에서 수요가 증가하고 있다.
2. Communications Industry Researchers(CIR)에서 발표한 AOC 시장 보고서에 따르면 2019년에 데이터센터용은 15억 달러, 비데이터센터용은 12억 달러로 총 27억 달러(연평균 11.24%) 시장 규모를 형성할 것으로 전망하고 있다.
3. 데이터 트래픽의 증가와 함께 Telecom 영역에서의 수 km 이상의 Metro와 Long Haul용 장거리 전송 및 데이터 센터의 랙(Rack) 간 수백 m까지의 중거리 전송뿐만 아니라, 기존의 동선 기반의 인터커넥션 분야였던 수백 m에서 수 mm 이내의 단거리 인터커넥션 분야에서도 광 인터커넥션을 적용하려는 연구가 해외 선진업체를 중심으로 활발하게 진행되고 있다.
4. 영국의 시장조사 전문 기관인 OVUM의 광통신 부품 시장 보고서에 따르면, 광통신 부품 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 부분은 전달망 부품에 해당하며, 앞으로도 Data 전송량 증가에 따라 지속적으로 연간 8% 수준의 성장이 전망되고 있다.

데이터 이동의 폭증으로 수요가 증가하는 능동형 광케이블
빛을 이용해 통신신호를 전달하는 능동형 광케이블(Active Optical Cable, AOC)은 광섬유와 코어(Core), 클래드(Clad) 등 머리카락보다 가는 수천 개 섬유로 구성되며, AOC는 광소자를 이용한 광전 변환 모듈과 광섬유를 활용한 능동형 광 케이블로 단일모드 광섬유의 경우 0.3 dB/km 이하로 동선에 비해 매우 좋은 손실 특성을 갖는다.

   
 
IDC 보고서는 2009년 생성된 총 디지털 정보량의 집계를 2008년 대비 62% 증가한 0.8제타바이트(약 8천억 기가바이트), 2010년에는 1.2제타바이트(약 1.2조 기가바이트)로 집계된 바 있다. 과거에는 상상할 수 없을 만큼 폭발적인 정보량 증가로 인해 인류는 데이터 홍수(Data Deluge) 현상에 직면하고 있다.

이러한 데이터 홍수 시대에서 데이터 이동의 폭증에 따라 광 인터커넥션 기술은 다양한 영역의 전송에 활용되고 있다. 최근에는 데이터 센터, 클라우드 및 고성능 컴퓨팅, 초고화질 및 3D 콘텐츠 전송과 같은 기기 간 대용량 데이터 전송 및 시스템 내부의 보드와 보드, 칩과 칩 접속을 위한 광대역 광 통신 및 광 인터커넥션 기술에 대한 시장의 요구가 급속하게 증가하고 있다. 또한 대용량 데이터를 수용하기 위해 InfiniBand, DVI(Digital Visual Interface), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DP(DisplayPort), Thunderbolt(인텔/애플) 등과 같은 기기 간 디지털 인터페이스 규격의 대역폭이 커지고 있다.

빛을 이용해 통신신호를 전달하는 능동형 광케이블(AOC)은 광섬유와 코어, 클래드 등 머리카락보다 가는 수천 개 섬유로 구성되며, 데이터 이동이 폭증하고 신호전송 과정에서 발생하는 전자장치의 오동작의 영향을 최소화할 수 있어 수요가 증가하고 있다.

   
 
한편, 신호전송 과정에서 발생하는 전자기적 잡음에 의한 전자장치의 오동작의 영향을 최소화할 수 있고 기존의 Coaxial(동축, 동선) 기반의 인터커넥션 기술의 한계인, 대역폭 부족으로 인한 데이터 전송의 병목 현상을 해소할 수 있어서 AOC 시장의 수요가 증대하고 있다.

특히, 기존의 Coaxial(동축) 케이블을 AOC로 대체할 경우 약 75%의 전력 및 사이즈 절감 및 장거리 전송, 그리고 EMI 해소의 장점을 갖기 때문에 데이터 센터를 중심으로 시장의 수요가 증대하고 있다. 또한, FTTH 등 광통신 보급이 확산되고 있는 중국, 동남아, 유럽 등 해외 시장이 증가하고 있다.  동선의 경우, 1GHz에서 약 7dB/m, 그리고 10GHz에서 약 40dB/m의 손실을 갖는 것으로 알려져 있으나, 단일모드 광섬유의 경우 0.3dB/km 이하로 동선에 비해 매우 좋은 손실 특성을 갖고 있다.

   
 
기존 케이블을 AOC로 대체하며 시장 확대

최근 데이터센터를 중심으로 기존 동축 케이블을 AOC로 대체하는 시장이 크게 확대되고 있다. Communications Industry Researchers(CIR)에서 발표한 AOC 시장 보고서에 따르면 2019년에 데이터센터용은 15억 달러, 비데이터센터용은 12억 달러로 총 27억 달러(연평균 11.24%) 시장 규모를 형성할 것으로 전망하고 있다. 보고서(2014)에서 AOC는 HDMI, DisplayPort, DVI, Thunderbolt, PCIe and USB 3.0/3.1 환경 등에 사용되고, CX4, SFP/SFP+, QSFP, CXP, CFP, CDFP, 그리고 SAS/Min-SAS MSAs를 지원할 것으로 전망하였다. 광대역 인터커넥션 기술은 A/V 분야, PC 및 주변기기의 인터커넥션 채용으로 산업용에서 광컴퓨터 개발 등으로 인해 민수용으로 확대됨에 따라 시장 확대가 예상된다.

AOC 세계 시장은 2013년 14.3억 달러에서 2019년 27억 달러로, 국내 시장은 2013년 433.8억 원에서 2019년 821.9억 원 규모로 성장할 것으로 전망된다.

   
 
한편, AOC 국내 시장 규모는 2011년부터 2014년까지의 세계 광케이블 시장 규모 대비 국내 광케이블 시장 규모의 비중 평균인 2.6%(환율:1,170)를 반영하여 추정한 결과, AOC 국내 시장 규모는 2013년 433.8억 원에서 연평균 11.24% 성장하여 2019년에 821.9억 원 규모로 성장할 것으로 전망된다.

AOC 세계 및 국내 시장 동향
데이터센터용 AOC 시장 규모가 커지면서 데이터 전송 거리가 줄어 인터커넥션을 위한 디바이스의 규모는 기하급수적으로 증가하고, 실리콘을 기반으로 고성능 광 송·수신 소자들의 단일칩화가 빠르게 개발되고 있어서 시장 규모도 급격하게 커질 것으로 예상된다. 따라서 기존의 동선 기반의 인터커넥션 분야였던 수백 m에서 수 mm 이내의 단거리 인터커넥션 분야에서도 광 인터커넥션을 적용할 뿐만 아니라 데이터 트래픽의 증가와 함께 Telecom 영역에서의 수 km 이상의 Metro와 장거리 전송, 그리고 데이터 센터의 랙(Rack) 간 수백 m까지의 중거리 전송하려는 연구가 해외 선진업체를 중심으로 활발하게 진행되고 있다.

- 국내 시장 동향
광통신 기술과 디지털신호 전송기술을 기반으로 디지털 영상·음성·제어 신호를 원거리로 전송 및 교환, 분배하는 광케이블 및 모듈 제품을 전문적으로 개발·생산하고 있는 옵티시스는 광기술을 이용한 디지털TV 및 모니터 고화질 신호를 장거리 전송하는 광전송 케이블을 세계 최초로 개발해 주목받고 있다. UHD TV와 UHD 셋톱박스를 연결해주는 부품 및 4K 지원 광디스플레이 포트를 개발한 바 있다.
유나이브는 고해상도, 고용량 데이터 전송·재생에 특화되고 플라스틱으로 광섬유케이블을 제조한 AOC을 개발하였으며, 유나이브 AOC는 생산이 수월할 뿐더러 불량률도 낮은 장점이 있고, TV를 비롯해 스마트폰, 태블릿, 노트북에 장착이 가능하다.

포스텍은 최대 150m까지 다른 장치 하나 없이 직접 연결 가능한 HDMI 엑티브 하이브리드 케이블을 개발하였다. 이 케이블은 가볍고 유연하며, 약 57mm의 매우 작은 밴딩 반경으로 3.4Gbps의 HDMI 최대 데이터 속도를 지원한다. 이 HDMI 엑티브 하이브리드 케이블은 별도의 설정 없이 바로 연결 가능하며 고해상도 비디오 디스플레이 애플리케이션 등을 위해 사용할 수 있다.

ETRI는 디지털 광 인터페이스 및 대용량 데이터 전송용 광 인터커넥션 모듈 개발을 위해 소형의 다채널 광 모듈을 개발했는데, 채널당 10Gbps의 전송속도로 동작이 가능하고 마이크로 렌즈 어레이를 사용하지 않고 광소자와 광섬유 어레이 블록과 광정렬 방법을 사용하여 손쉽게 12채널까지 확장 가능하다. ETRI에서 개발된 광 인터커넥션 모듈은 광섬유 어레이의 장착 및 탈착이 가능한 광 정렬 기술을 활용한 광 패키징 기술을 사용함으로써 대량 생산을 할 수 있다는 장점이 있다.

KT는 5G 구축을 위해 핀란드 IT기업 노키아와 FTTA(Fiber-To-The Antenna) 기술개발 협력을 약속했다. FTTA는 기존 유선 인터넷 망인 FTTH(Fiber-To-The Home)를 통해 5G 전송망을 구축하고, 안테나와 기지국을 통합한 연결기술이다. 이 기술을 적용하면 5G 전국망 구축시간을 기존 LTE에 비해 단축시킬 수 있다.

데이터 트래픽의 증가와 함께 Telecom 영역에서의 수 km 이상의 Metro와 Long Haul용 장거리 전송 및 데이터 센터의 랙(Rack) 간 수백 m까지의 중거리 전송뿐만 아니라, 기존의 동선 기반의 인터커넥션 분야였던 수백 m에서 수 mm 이내의 단거리 인터커넥션 분야에서도 광 인터커넥션을 적용하려는 연구가 해외 선진업체를 중심으로 활발하게 진행되고 있다.

- 세계 시장 동향
IBM은 광 PCB 기판에 CMOS 포토닉스 기술을 활용한 micro-miniaturized Mach-Zehnder 광 변조기와 광원 등을 혼성 집적 공정에 적용하여 소형의 160G급 16채널 광 인터커넥션 모듈을 개발하였다. 또한 CMOS 집적 실리콘 나노 포토닉스라는 이름의 새로운 기술을 활용한 3D 실리콘 프로세서 칩 개발을 위한 연구를 진행하고 있으며, 기존의 전기신호가 아닌 광 신호를 이용한 통신의 신개념 프로세서 칩을 개발하고 있다.

인텔(Intel)은 실리콘 광 인터커넥트 관련 연구를 지속해오고 있는데, 페이스북과 공동연구를 통해 데이터센터에 적용할 실리콘 광 인터커넥터를 개발할 것이라고 발표한 바 있으며, 2013년 9월에는 채널당 25Gbps로 동작하는 실리콘 광 인터커넥트 모듈 개발을 발표했다. 인텔은 하나의 랙에 메모리와 로직, 입출력(I/O) 등 핵심 모듈이 모두 하나의 마더보드에 배치된 구도에서 벗어나, 각각을 독자적인 보드로 구성하여 광 인터커넥트 기술로 연결한 아키텍처를 도입, 데이터센터에 우선 적용한다는 방침이다.

이와 함께 인텔은 64가닥의 광섬유를 한 번에 연결해 한 가닥당 25Gbps씩 총 1.6Tbps로 통신이 가능한 ‘MXC’ 옵티컬 커넥터 기술을 발표, 2015년에 관련 부품들을 생산할 계획이라고 밝혔다. 그리고 실리콘 포토닉스 기술과 웨이퍼 레벨 패키징을 활용한 광 인터커넥션을 위해 컴퓨터와 주변 기기를 연결하는 데 쓰이는 입출력 인터페이스 종류 중 하나인 일명 Light peak을 위한 광 인터커넥션 모듈을 개발하였다.

해당 모듈의 광케이블은 주변기기와의 연결에 사용될 수 있으며, 이 기술을 이용하면 최대 10Gbit/s라는 고속의 대역폭을 얻을 수 있고, 2020년까지는 최대 100Gbit/s의 대역폭이 가능할 것으로 내다보고 있다. 또한 25개의 레이저 어레이와, 25채널의 40Gbps 광변조기, 그리고 단일 광섬유 집속을 위한 광 멀티플렉서를 하나의 기판에 집적한 Tera급 단일 칩 광통신 모듈도 개발하고 있다.

AOC 미래 전망
1990년대 이후에는 WWW(World Wide Web)의 등장으로 인터넷이 폭발적으로 성장하였고, 인터넷이 활성화 되면서 인터넷 검색과 이메일, 온라인 쇼핑 등의 작업의 처리를 위해 2000년대를 기점으로 본격적으로 컴퓨터 시스템과 통신장비, 저장장치인 스토리지 등이 집약된 데이터 센터가 주목받기 시작하였는데, 데이터 센터에서 고대역폭을 갖는 시스템 레벨에서의 랙(Rack) 간 또는 랙 내부에서의 광 인터커넥션 기술이 활용되어 기존의 동선 기반의 접속 기술에서 광 기반 광 인터커넥션 기술이 동선을 대체하기 시작하였다.

10G~100G급의 장거리 광 인터커넥션 시장을 위한 광통신 모듈은 고속 신호 전송을 위한 세라믹 피드라인을 포함하는 미니플랫 패키지를 기반으로 개발되고 있으며, 다중모드 광섬유를 이용한 다채널 광 모듈을 활용하여 QSFP+와 같은 양방향 AOC 개발, 고선명 멀티미디어 A/V 데이터 전송을 위한 DVI, HDMI, DisplayPort와 같은 디지털 광 링크 단말도 개발되고 있다.

그리고 클라우드 컴퓨팅 환경에서 좀 더 큰 대역폭과 애플리케이션에 대한 수요가 점점 증가하면서 AOC는 데이터 센터, 서버 팜, 네트워크 스위치, 통신 전환 센터와 데이터 고속 전송이 필요한 기타 여러 고성능 내장 응용 분야에서 통신을 위한 최신 솔루션을 필요로 하고 있다. 시스템 응용 분야에는 데이터 집계, 백플레인 통신, 독점 프로토콜 데이터 전송 및 기타 고밀도/고대역폭 응용 분야 등을 들 수 있다.

전 세계 IP 트래픽은 5년 전에 비해 5배가 늘었으며 향후 5년간 3배까지 증가할 것으로 전망하고 있다. 2016년에는 전 세계 연간 IP 트래픽은 1.1제타 바이트에 이를 전망이다.

영국의 시장조사 전문 기관인 OVUM의 광통신 부품 시장 보고서에 따르면, 광통신 부품 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 부분은 전달망 부품에 해당하며, 앞으로도 Data 전송량 증가에 따라 지속적으로 연간 8% 수준의 성장이 전망되고 있다.

   
 
영국의 시장조사 전문 기관인 OVUM에서 2013년도 발간한 광통신 부품 시장 보고서에 따르면, 광통신 부품 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 부분은 전달망 부품에 해당하며 앞으로도 증가하는 Data 전송량에 따라 지속적으로 연간 8% 수준의 성장을 전망하고 있다. 그 이유는 스마트폰 등 IT 기기의 보급률이 높아지고, 새로운 서비스가 등장함에 따라 매일 엄청나게 생성되는 데이터의 저장과 통신, 클라우드 통신 등 새로운 정보 처리를 위한 데이터망이 엄청난 수준으로 요구되고 있기 때문이다.

이를 뒷받침하기 위한 데이터 센터 간의 통신, 데이터 서버들 간의 통신 등이 지속적으로 확대되고 있다. 이러한 질적, 양적 성장을 대체하기 위해서 데이터 통신용 광 부품 또한 기존 수백 Mbps에서 10Gbps 그리고 그 이상의 100Gbps 전송 속도 향상이 요구되고 있다. 100Gbps의 광 모듈이 확대됨에 따라 전달망 내에서 송·수신기 광모듈의 시장 규모가 꾸준하게 증가하고 있으며, 이 결과 전달망 시장이 점진적으로 확대되고 있다.

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