100Gb/s 광트랜시버 시장 및 기술동향

Market and Technology Trends in 100Gb/s Optical Transceiver

저자
이종진, 허준영, 강세경, 이준기, 이정찬, 이동수 / 광응용부품팀
권호
30권 1호 (통권 151)
논문구분
차세대 네트워크 기술 특집
페이지
65-76
발행일자
2015.02.01
DOI
10.22648/ETRI.2015.J.300107
초록
스마트폰의 보급에 따른 대용량 멀디미디어 서비스의 폭발적인 수요 증가에 따라데이터센터의 100Gb/s 광트랜시버에 대한 수요는 2017년을 기점으로 10Gb/s를 추월하여 2018년 데이터콤 전체 시장의 50% 이상을 차지할 전망이다. 한편, 데이터센터의 소비전력 및 시스템 집적도 증가를 위해 광트랜시버의 Form-factor는 CFP(40G/100G Form-factor Pluggable)에서 QSFP28(4x28G Quad Small Form-factor Pluggable)로 약 1/14배 소형화될 전망이며, 이에 따른 광트랜시버 구성 부품의 집적도는 높아지고 소비전력은 현재 대비 1/9로 낮아져야 한다. 본고에서는 소형화 및 저전력화를 위한 광트랜시버의 표준화 및 기술동향과 국내외 시장동향에 대해 기술한다.
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Ⅰ. 서론

SNS, 동영상 등 대용량 모바일 서비스의 폭발적인 수요 증가로 인한 트래픽 증가는 네트워크 고도화에 대한 필요성을 대두시켰고 이로 인해 데이터센터의 광링크는 100G급 초고속 광네트워킹 기술이 빠르게 적용되고 있다. 특히 100G 이더넷 기술이 IEEE에서 2010년 중순에 40G 이더넷 기술과 함께 표준화가 완료되었으며[1], 이후 100Gb/s 광트랜시버에 대한 기술 상용화가 해외 선진업체 주도로 빠르게 진행되고 있다. 이와 함께 Finisar, AVAGO 등 선두업체를 중심으로 기업 인수합병을 통한 시장점유율 확대도 매우 활발하게 진행되고 있으며, 특히 경쟁력 있는 부품회사를 상위 레벨의 부품 회사가 앞다투어 인수하고, 시장 지배력 강화를 위해 Finisar+Optium, Oclaro+Opnext의 경우와 같이 Global Top이 되기 위한 기업합병도 큰 폭으로 이루어 지고 있다. 특히 기업 인수의 경우, 시장 선두업체들에 의해 2011년 이후 현재까지 짧은 기간 동안에 큰 규모로 빠르게 진행되고 있으며, 이러한 인수합병을 통해 핵심 부품을 경쟁업체로 공급되지 못하게 제한함으로써 경쟁우위를 확보하고 자체 부품 공급체계를 수직계열화 하여 대외 경쟁력을 강화하고 있다.

또 하나의 주목할 만한 특징은 Cisco, Huawei 등 대형 시스템 회사들이 100Gb/s 광트랜시버의 자체 공급체계를 구축하고 있다는 점이다. 이는 전통적인 광통신부품시장 판도에 큰 변화를 가져오고 있으며, 이러한 대형 시스템 회사의 자체 공급체계 구축은 Cisco의 CPAK (100G (10x10G) Transceiver Package)와 같이 MSA (Multi-Source Agreement)와는 별개로 자체 Form-factor를 적용함으로써 Third party vendor의 참여를 심각하게 제한시키고 있는 상황이다.

한편, 데이터센터의 소비전력 및 시스템 집적도 증가를 위해 광트랜시버의 Form-factor는 CFP(40G/100G Form-factor Pluggable)에서 QSFP28(4x28G Quad Small Form-factor Pluggable)로 약 1/14배 소형화될 전망이며 이에 따른 광트랜시버 구성 부품의 집적도는 높아지고 소비전력은 1/9로 낮아져야 한다. 이러한 소형화 및 저전력화의 추세에 따라 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 포토닉스 및 실리콘 포토닉스와 같은 Optical SOC(System on Chip) 기술 상용화도 가속화되고 있다. 최근 Mellanox의 Kotura 인수, Molex의 Luxtera 인수, Cisco의 Lightwire 인수는 CMOS 포토닉스가 본격적으로 시장에 진출할 수 있는 경쟁력이 확보되었다고 할 수 있으며, 기존 광통신부품기술의 새로운 기술혁신을 주도하고 있다. 특히 기존 CMOS 분야와 같이 Fabless-Foundries-Devices-Systems에 이르는 Product value chain이 이미 구축되어 있으며, 이를 토대로 부상하고 있는 Luxtera, Aurrion, Caliopa, Skopios와 같은 Fabless 업체는 광통신부품분야의 새로운 비즈니스 모델이 될 것으로 예상된다. 하지만 여기에는 광정렬, 패키징 이슈와 신뢰성 등 제품화를 위한 문제는 여전히 해결해야 할 숙제로 남아 있다.

이러한 소형화 저전력화 기술동향과 함께 적용 범위의 확대도 또 하나의 기술동향으로 큰 관심사가 되고 있다. 특히 100m 이내의 단거리 통신에서 구리선 통신을 대체하기 위한 100Gb/s 광인터커넥션에 많은 가능성이 제기되고 있다. 멀티모드 광섬유 기반 CXP(12x10G Form-factor Pluggable), 4K급 UHD TV 및 PC 주변의 멀티미디어 기기 간 대용량 영상정보 전송을 위한 AOC(Active Optical Cable), 대용량 서버 내부의 Inter-rack 및 Intra-rack의 광인터커넥션을 위한 Optical engine 등은 구리선의 대역폭 문제를 해결하기 위한 대안으로 인식되고 있다.

본고에서는 이러한 100Gb/s 광트랜시버의 소형화 및 저전력화를 위한 표준화 및 기술동향과 이와 관련된 국내외 시장동향에 대해 살펴보고자 한다.

Ⅱ. 100Gb/s 광트랜시버 표준화동향

최근 광부품 업체, 광트랜시버 업체, 그리고 시스템 업체들은 품질보장, 비용절감, 원활한 부품 수급 등을 위해 광트랜시버의 물리적/전기적 규격 및 제어 및 운영관리 방법을 표준화하여 공개하는 산업체 표준단체인 MSA를 결성하고 있다. MSA는 광트랜시버의 용도에 따라 다양하게 진행되고 있는데. 기존의 10Gb/s와 40Gb/s의 광트랜시버는 300pin, XFP(10 Gigabit Small Form-factor Pluggable), XPAK(Expansion Pack), SFP+(Enhanced Small Form-factor Pluggable), QSFP+(Enhanced Quad Small Form-factor Pluggable) 등의 MSA가 결성 및 공개되었다.

100Gb/s 광트랜시버의 경우, 기존의 10Gb/s, 40Gb/s 광트랜시버와 달리 초고속 광신호와 전기신호의 인터페이스 및 운영/제어가 필요하다. 이를 위해 100Gb/s 광트랜시버에 대해 여러 가지 MSA가 결성되어 진행되고 있다. (그림 1)은 현재 상용화되어 있거나 될 예정인 100G급 장거리 광트랜시버(OIF(Optical Internetworking Forum)-MSA-100GLH) 및 100G급 단거리 이더넷 광트랜시버(CFP series, CXP, CPAK, QSFP28)의 형상을 보여주고 있으며, 이들은 각 MSA에 의해 규격화된 것이다[2]-[7].

(그림 1)

100Gb/s 광트랜시버 Form-factor

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(그림 2)는 앞서 언급한 100G급 광트랜시버의 크기를 한눈에 비교 가능하도록 표현하고 있다. 장거리 광전송용 100G급 광트랜시버의 규격 중에 하나인 OIF-MSA-100GLH가 가장 큰 크기를 가지며, 단거리 이더넷용 100G급 광트랜시버의 일종인 QSFP28의 경우 최소 크기의 규격을 가진다. (그림 3)은 전송거리에 따라 100Gb/s 광트랜시버의 form-factor의 발전방향을 나타낸 그림이다.

(그림 2)

100Gb/s 광트랜시버 크기 비교

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(그림 3)

100Gb/s 광트랜시버의 분류

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장거리 광전송 관련된 MSA로는 OIF-MSA-100GLH가 가장 대표적이며 2010년 6월에 발표되었다. 이 MSA는 광소자 및 전자소자의 대역폭 제한에도 불구하고 100Gb/s 광신호를 송수신하기 위해, 멀티레벨 변조방식 등을 사용하는 것을 고려하고 있다. 이를 위한 광트랜시버의 내부 기능 블록도는 (그림 4)에 간략히 표현되어 있다[2]. 장거리 광트랜시버는 사용되는 변조방식에 따라 광학적인 부분에서 큰 차이를 보이게 된다. 현재 전송 성능의 우수성으로 각광 받고 있는 코히어런트 PM-QPSK(Polarization Multiplexed Quadriphase Phase Shift Keying) 변조방식이 적용될 경우 송신단의 광학파트에는 두 개의 QPSK 변조기와 PBS(Polarization Beam Splitter) 등의 광소자들이 필요하고 수신단에서는 optical hybrid와 네 개의 PD(Photo Detector)가 집적화된다. 여러 가지의 광학 모듈들이 필요하고 이들에 대한 고려로 인해 100G급 광트랜시버의 MSA 중에 가장 큰 상면적을 가지게 되었다.

(그림 4)

OIF-MSA-100GLH MSA의 100Gb/s 광트랜시버 기능 블록도

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단거리 이더넷 관련 100G급 광트랜시버의 가장 대표적인 MSA는 CFP MSA이며 2009년 6월에 1.0 버전의 규격이 발표되었으며, 현재 1.4 버전의 규격이 공인되어 있다. 100Gb/s 이더넷 CFP 광트랜시버는 현재 사용되고 있는 100Gb/s 이더넷 광트랜시버의 가장 대표적인 제품군이며, 앞으로 급격히 성장할 것으로 예측되고 있는 제품이다. CFP 규격의 가장 큰 특징 중 하나는 호스트와 CFP 광모듈 간의 통신 규격을 MDIO(Mana-gement Data Input/Output)라는 새로운 형태로 정의했다는 점이다. (그림 5)는 MDIO를 이용하는 CFP의 운영/관리 인터페이스 구조도이다[3].

(그림 5)

OIF-MSA-100GLH MSA의 100Gb/s 광트랜시버 기능 블록도

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(그림 6)은 CFP MSA에서 표현한 CFP 규격 내부의 기능 블록도이다[4]. 이러한 CFP 광트랜시버는 송신단과 수신단이 분리되어 있는 구조이다. CFP에서 출력되는 전기신호의 인터페이스는 10 x 10Gb/s의 레인을 가지는 CAUI-10에 의해 정의된다.

(그림 6)

CFP 내부 기능 블록도

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10km의 단일모드 광섬유(SMF: Single Mode Fiber)용인 100GBASE-LR(Long Range)4의 경우, 광트랜시버의 수신부는 단일모드 광섬유(SMF)가 연결된 커넥터를 통해 파장분할 다중화(WDM)된 네 파장의 신호가 수신되면 광역다중화기에 의해 분리되어 수신기에 인가되고, 이렇게 수신된 신호는 Interface IC(Single Mode Fiber)인 SerDes를 통해 10Gb/s의 속도를 가지는 10개의 전기 신호로 변환되어 출력된다. 한편 송신부는 전기 커넥터를 통해 수신된 10개의 10Gb/s 전기 신호를 SerDes를 통해 25Gb/s 신호 네 개로 변환하고 외부 변조 광원(EML: Electro-absorption Modulated Laser) 등의 광원을 통해 광전변환되어 단일모드 광섬유로 출력된다. 단일모드 광섬유용으로 상용화되어 있는 100Gb/s CFP 광트랜시버는 10km까지 전송 가능하며 소수의 회사들이 40km까지 전송 가능한 광트랜시버를 공개하였다. 그리고, 100GBASE-LR4/ER(Extended Range)4 외에도 다중모드 광섬유(MMF: Multi Mode Fiber) 등을 사용하는 100GBASE-SR(Short Range)10과 10 x 10Gb/s을 사용하는 10 x 10 MSA가 혼용되고 있다.

100GBASE-LR4 기반의 CFP 광트랜시버는 빠른 속도로 발전하고 있으며 상면적과 소모전력이 감소하는 형태로 진행된다. (그림 7)<표 1>은 현재 100GBASE-LR4용 광트랜시버 형상의 발전방향을 나타낸 그림과 그 특성들을 비교한 표이다. 현재 시장에 100Gb/s CFP 광트랜시버와 100Gb/s CFP2 광트랜시버가 혼용되어 사용되고 있으며, 최근 CFP4의 규격이 확정되고, QSFP28의 규격에 대해 논의 중에 있다.

(그림 7)

광트랜시버 규격의 발전방향(100GBASE-LR4 제품 기준)

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<표 1>

100GBASE-LR4용 광트랜시버 형상에 따른 비교

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2013년 7월에 공개된 CFP2 MSA는 CFP에서 발전된 형태의 규격이다. 우선 크기는 CFP에 비해 1/3정도의 크기를 가진다. (그림 8)은 CFP2 MSA에서 표현한 CFP2의 내부 기능 블록도이다[5]. CFP보다 작은 크기를 가지기 위해서 다채널 광송신모듈(TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly)와 광수신모듈(ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly)들의 집적화가 이루어진다. 그리고 CFP와 가장 큰 차이는 입출력 전기신호가 25Gb/s 속도를 가질 수 있다는 점이다(100GBASE-LR4의 경우). 이 때문에 100Gb/s CFP 광트랜시버와 달리 SerDes가 필요하지 않고, 결과적으로 저전력 설계가 가능해지게 된다. 입출력 전기신호의 인터페이스는 CAUI-4로 정의되며, 추가적으로는 8 x 25Gb/s, 10 x 10Gb/s, 8 x 50Gb/s까지 수용이 가능하게 설계할 수 있다. 현재, 100Gb/s CFP2 광트랜시버들은 Finisar, AVAGO, Sumitomo 등이 업체에서 상용화되어 있다.

(그림 8)

CFP2 내부 기능 블록도

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CFP4 MSA는 최근 2014년 8월에 버전 1.0이 발표되었다. CFP4는 CFP2처럼 송신기와 수신기로 구성되며 CFP4 MSA에서 표현한 (그림 9)와 같이 구성된다[6]. CFP4와 CFP2 광트랜시버의 가장 큰 차이는 외형적으로는 1/3이하로 감소했으며, 전기신호 인터페이스는 4x 25Gb/s와 4x10Gb/s만 수용한다. 그 밖에 Inter-face IC에 CFP2와 마찬가지로 SerDes가 존재하지 않아 전기신호는 25Gb/s로 그대로 입출력 신호로 사용하는 점은 동일하다.

(그림 9)

CFP4 내부 기능 블록도

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그 밖에 사용되는 광모듈의 크기 및 소모전력을 제외한 광 특성은 CFP2와 거의 유사하다. 이러한 100Gb/s CFP4 는 2015년 상반기에 출시될 예정이다.

2010년 Cisco에서는 CFP2가 CFP4와의 경쟁 문제로 인해 발표가 늦어지는 가운데에 Cisco만의 독자 규격으로 (그림 10)과 같은 CPAK를 발표하였다. 시스템에서 하나의 블레이드에 CFP의 경우 네 개까지 실장 가능하고 이는 블레이드당 속도가 400 Gb/s까지만 가능하기 때문에 차세대 이더넷의 전송속도 확장을 위해 CFP2와 CFP4와 같은 고효율 CFP의 필요성이 대두되었다. 고효울 CFP의 경우 적어도 10개 이상이 블레이드에 실장됨으로써 블레이드당 1Tb/s의 전송속도를 가질 수 있게 된다. CPAK은 그 당시 예측되는 CFP2보다 약 7mm 좁은 35mm로 규격화되었으며 소모전력은 ~7W 정도로 정의되었다. 그 밖에 대부분의 광특성은 CFP2와 비슷한 특성을 보이는 것으로 알려져 있다. CPAK에 대한 첫 번째 데모는 2012년에 이루어졌지만, 반면에, CPAK의 경쟁상대인 CFP2의 경우 2013년에 데모가 이루어졌다. CPAK은 MSA 등의 공식적인 표준이 아니지만, 시간적인 측면과 Cisco의 힘으로 CFP2와 시장을 양분하고 있다.

(그림 10)

CPAK 외형도

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기존의 10Gb/s 광트랜시버에서 많이 사용되는 MSA인 SFF(Small Form-Factor)에서 초고효율 100Gb/s 광트랜시버의 규격으로 QSFP28의 MSA가 활발히 논의되고 있다. QSFP28은 CFP4보다 부피가 40% 감소된 크기를 가지고 전기 핀의 수가 56개에서 38개로 감소되어 CFP에서 사용하는 MDIO 인터페이스가 아닌 I2C를 통해서 운영 및 제어되게 된다. 하지만 QSFP28은 CFP4보다 작은 크기 때문에 블레이드에 인장될 수 있는 개수가 36개에서 40개까지 증가할 수 있는 장점이 있다. 초소형 저전력 광모듈의 최종 형태가 될 것으로 예상되고 있으며, QSFP28의 내부 기능 블록도는 (그림 11)에 간략히 표현되어 있다[7]. QSFP28 광트랜시버는 2016년부터 시장이 시작될 것으로 예측되고 있다.

(그림 11)

QSFP28 기능 블록도

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<표 2>는 지금까지 설명한 100Gb/s 광트랜시버에 사용되는 다양한 MSA 규격에 대해 정리한 표이다. 현재 가장 이슈화되는 규격은 CFP4와 QSFP28로 소형화 및 저전력화를 위한 핵심 기술개발이 관건이다. 특히 100G급 광송신기/광수신기는 핵심 기술로 선도업체와 후발업체의 기술격차가 가장 심한 부분이며 기술 차별화를 위해 실리콘 포토닉스와 같은 High-end 기술이 향후 Beyond 100Gb/s 기술로 유력하게 주목 받고 있다.

<표 2>

100Gb/s 광트랜시버 규격 비교

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Ⅲ. 100Gb/s 광트랜시버 기술동향

II장에서 언급한 100Gb/s 광트랜시버 MSA의 발전은 광트랜시버에 내장되는 광모듈의 초소형화, 집적화, 그리고 저전력화를 필요로 한다. (그림 3)과 같이 100Gb/s 광트랜시버는 전송거리에 따라 분류될 수 있고, 이렇게 분류된 광트랜시버의 내부 구성은 각각 다르게 구현되게 된다. 따라서 광트랜시버는 그 용도에 따라 다른 방식의 기술이 진화되게 된다.

먼저 장거리 전송을 목표로 구현되어 있는 OIF-MSA-100GLH는 광신호를 수백 km 이상 보내기 위해 주로 코히어런트 광송수신모듈로 구현되게 된다. (그림 12)는 코히어런트 광트랜시버의 내부 기능 블록도를 나타낸다[8]. 기존의 OIF-MSA-100GLH의 경우 클라이언트 쪽에서 사용하는 CFP계열 광트랜시버보다 매우 크기 때문에 이 용도의 광트랜시버 또한 CFP에 집적화하려는 노력이 활발하게 이루어졌고, 2013년에 시장에 출시된 상태이다. 하지만 코히어런트에서 사용되는 DAC(Digital-to-Analog Converter), ADC(Analog-to-Digital Converter), 그리고 DSP(Digital Signal Processing)가 포함된 ASIC(Application-Specific Inte-grated Circuit) 때문에 소모전력이 매우 커서(80W~ 100W) 실제 시스템에 적용하기에 어려운 점이 많았다. 이를 해결하기 위해 광트랜시버에는 (그림 12)의 광학모듈(electro-optics) 부분만을 집적화하여 넣는 노력이 진행되었고[8], 2014년 상반기에 Oclaro에서 처음으로 100Gb/s CFP2 코히어런트 광트랜시버를 데모하였다. Oclaro는 100Gb/s CFP2 코히어런트 광트랜시버를 개발하기 위해 광변조기와 optical hybrid 등의 핵심 광학모듈들을 Micro InP chip으로 집적화하였다. 이러한 CFP2 광트랜시버는 기존의 약 80W 가량의 소모전력(@CFP)을 12W 이하로 크게 절감하였다.

(그림 12)

Coherent 광트랜시버 기능 블록도

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클라이언트용 100Gb/s 광트랜시버는 크게 단일모드 광섬유(SMF)를 이용하는 종류와 다중모드 광섬유(MMF)를 이용하는 종류로 분류될 수 있다. 이 두 가지는 사용하는 광원의 종류의 내부 기능 구성이 다르기 때문에 기술 진화방향도 다르게 변천되어 왔다.

<표 3>은 단일모드 광섬유 용으로 주로 10km의 광섬유를 사용하는 광트랜시버의 핵심 기술들의 진화방향을 나타낸다. 처음 상용화된 CFP 광트랜시버의 경우 개별적으로 구현된 광송신기 및 광수신기와 이를 다중화/역다중화하는 수동 소자, 그리고 25G 전기신호를 10G 전기신호로 변환하여 주는 SerDes가 핵심적인 모듈들이었다. CFP 광트랜시버의 경우 SerDes가 소모전력 절감을 어렵게 하였고, 이를 해결하기 위한 MSA가 CFP2와 CFP4이다. CFP2와 CFP4의 경우 SerDes는 필요 없기 때문에 큰 폭의 소모전력 절감을 획득할 수 있었으며, 상면적 감소를 위해 개별 광송신모듈(TOSA)와 광수신모듈(ROSA)들이 다채널 형태로 집적화되는 것을 특징 으로 한다. 추가적인 소모전력 절감을 위해 광송신모듈을 기존의 외부변조 광원(EML)이 아닌 직접변조 광원(DML: Direct Modulated Laser)을 사용하거나 사용되는 전자칩의 소모전력 절감을 위한 다양한 노력이 진행되고 있다. 이 노력들의 일환으로 실리콘 포토닉스 기반의 광모듈 기술에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 가장 작은 상면적을 가지는 QSFP28의 경우 실리콘 포토닉스 기술이 적용될 것으로 예측되며, 이를 위한 활동으로는 OpenOptics MSA 등이 있다[9].

<표 3>

100GBASE-LR4용 이더넷 광트랜시버 기술 진화방향

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*CDR(Clock and Data Recovery)

*TTA(Trans Impedance Amplifier)

한편, 보다 효율적인 광트랜시버를 위해 기존의 단일모드 광섬유(SMF) 10km가 아닌 500m에서 2km에 대한 MSA도 진행되고 있다. 이 방식은 기존의 LWDM(Lan Wavelength Division Multiplexing) 방식(1295.56nm, 1300.05nm, 1304.58nm, 1309.14nm)이 아닌 CWDM(Co-arse Wavelength Division Multiplexing) 방식을 사용하며 사용파장은 1271nm, 1291nm, 1311nm, 1331nm이다. LWDM이 선택된 이유는 광섬유의 색분산에 의해 광신호의 품질이 저하되기 때문이었는데, 2km 이하에서는 색분산의 영향을 최소화할 수 있기 때문에 CWDM 파장 대역이 선택되었다. 기존 100G 이더넷에서 사용하는 LWDM과 달리 CWDM 파장을 사용하면, 광원 파장을 조절하여 주는 TEC가 필요하지 않기 때문에, 소모전력 및 발열 문제에 큰 장점을 가질 수 있다. (그림 13)은 CWDM4 방식으로 구현된 100Gb/s 이더넷 광트랜시버의 블록 다이어그램이다[10]. 현재 CWDM4 광트랜시버는 QSFP28 규격에서 논의가 이루어지고 있다. 한편, 이 MSA는 Finsar, Sumitomo, Oclaro 등 광트랜시버 업체들이 결성한 CWDM4 MSA[10]와 Macom, SEMTECH, Colorchip 등의 IC 회사와 Huawei와 Ju-niper 등의 시스템업체들이 결성한 CLR4 Alliance로 나누어져 표준이 진행되고 있지만[11], 내용은 비슷하다.

(그림 13)

CWDM4 광트랜시버 기능 블록도

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<표 4>는 다중모드 광섬유(MMF)용 100Gb/s 광트랜시버의 발전방향을 나타낸다. 단일모드 광섬유용과 다르게 수백 m의 짧은 거리기 때문에 저렴한 다중모드 광섬유를 사용하며 광섬유 한가닥에는 한파장의 광신호만 송신 또는 수신하기 때문에 광다중화기 또는 역다중화기가 필요하지 않게 된다. 뿐만 아니라 DFB(Distributed Feed-Back)-LD 등의 고전력을 필요로 하는 광원이 아닌 저전력으로 구동되는 VCSEL(Vertical Cavity Sur-face Emitting Laser)이 사용될 수 있다. 이 광트랜시버 기술의 핵심은 VCSEL 기술과 VCSEL 구동 기술이라고 할 수 있다. 현재 VCSEL의 전송속도는 증가하고 전송거리는 감소되는 방향으로 진화하고 있으며, 이는 기존의 다중모드 광섬유가 차지하고 있던 시장은 CWDM4 등의 저가의 단일모드 광섬유(SMF)용으로 해결하고 100m 이내의 거리에만 적용될 수 있게 발전되고 있다.

<표 4>

100GBASE-LR4용 이더넷 광트랜시버 기술 진화방향

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*MPO(Multi-fiber Push-ON)

Ⅳ. 100Gb/s 광트랜시버 시장동향

최근 광통신부품 시장의 핵심 화두는 모바일 서비스 확대에 따른 인터넷 데이터센터(IDC: Internet Data Center) 관련 시장의 급속한 성장이라고 할 수 있다. 특히 데이터 전송의 대용량화에 따른 10Gb/s 시장에서 100Gb/s 시장 중심으로의 변화는 광통신부품산업의 커다란 성장동력이 되고 있다. 광통신부품 전체 시장 규모는 2013년 68억불 규모에서 2019년 123억불 규모로 성장이 예상되며 이 중 Datacom 분야가 42억불로 연평균 16% 이상의 성장이 예상된다[12].

2014년 100Gb/s 광트랜시버 기술을 전시한 해외업체는 Finisar, AVAGO를 포함하여 10개사 이상으로, 해외 선도업체들의 경쟁이 격화되고 있는 상황이다. 기존 10Gbps 기술을 기본으로 10개의 채널을 구성하는 1세대 광트랜시버인 CFP의 경우에는 2010년 초기 개발이 완료되었고, 이후 25Gb/s 기술을 기반으로 하는 2세대 광트랜시버인 CFP2가 2013년을 기점으로 AVAGO, Finisar, Oclaro, Oplink, Fujitsu 등의 선진업체들을 통해 개발되었다. 중국의 경우, Accelink, WTD 등을 중심으로 CFP가 상용화되어 있고, NeoPhotonics에서는 CFP2 기술이 상용화되어 있다. 3세대 기술로 주목 받고 있는 QSFP28의 경우 Mellanox에 인수된 Kotura에 의해 2013년 전시된 실리콘 포토닉스 기반 2km 단거리 전송용 시제품을 필두로 주요 광통신부품업체들이 앞다투어 상용화를 진행하고 있다.

기술개발 동향과 함께 해외기업의 M& A(Mergers and Acquisitions)를 통한 수직계열화(Vertical Integ-ration)도 최근 매우 두드러진 시장 상황이라고 할 수 있다. 광트랜시버 선두업체들은 기업 M& A를 통한 대형화와 all in-house 체계 구축으로 시장 지배력을 강화하고 있는 상황이다. 세계 1위 업체인 Finisar는 (그림 14)와 같이 지속적인 M& A를 통해 성장하고 있는 대표 기업이며, 마찬가지로 AVAGO 역시 M& A를 통해 2013년 TOSA/ROSA 전문업체인 Cyoptics를 인수하였고 II-VI는 Oclaro, Photop, Marlow, Aegis 등을 인수하여 광통신 요소부품의 total solution을 공급할 수 있는 체계를 갖추었다.

(그림 14)

Finisar의 글로벌 M&A를 통한 수직계열화

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광통신부품업체뿐만 아니라 대형 시스템회사들의 기업 인수도 매우 두드러진 현상이다. Huawei는 2012년 1월 실리콘 기반의 광소자 집적 전문 기업인 CIP사를 인수하였으며, Cisco는 실리콘 포토닉스 전문 기업인 Lightwire를 2012년에 인수하였다. 또한, Huawei에 이은 중국의 두 번째 규모의 시스템회사인 ZTE는 2013년 EANTC(European Advanced Networking Test Center)에서 100Gb/s 광트랜시버의 자체 공급 체계 구축 계획을 밝힘으로써, 글로벌 시스템업체의 핵심 부품 수급 경쟁과 이를 통한 경쟁사 견제 구도가 심화되고 있고 이는 광통신부품시장 생태계를 매우 복잡하게 교란시키고 있는 상황이다.

또한 앞서 언급한 CMOS 전문 기업인 Mellanox는 세계 최초로 실리콘 포토닉스 기반의 QSFP28 모듈을 상용화한 Kotura를 2013년에 인수하여 인피니밴드 및 이더넷 제품에 대한 포트폴리오를 완성하였고 광커넥터 전문 기업인 Molex는 2011년 CMOS 포토닉스 전문 기업인 Luxtera를 인수하여 100G 인피니밴드와 이더넷을 위한 AOC 기술을 확보하였다.

한편, 국내 광트랜시버 산업체는 시장이 확대되고 있는 Datacom 분야보다 Access 분야에 주력하여, CPRI(Common Public Radio Interface)용 광트랜시버 등 무선 Backhaul 분야에서는 국내 기술이 선도하고 있으며 이와 같은 경쟁력은 당분간 지속될 수 있을 것으로 전망된다. 하지만 중국업체에 비해 가격경쟁력이 점차 약해지고 있으며, High-end 제품인 10G급 시장에서 중국의 빠른 추격 및 추월이 예상되고 있다. Datacom 및 Telecom 분야에서는 10G급 광트랜시버 제품을 주력으로 생산하고 있으나 시장 점유율이 낮은 상황으로, 국내산업체의 지속 성장을 위해서는 Access 분야의 경쟁력을 기반으로 Datacom 시장으로의 진출이 필요하다.

V. 결론

향후 스마트 기기 확대 보급에 따른 모바일 서비스 수요 증가는 데이터센터의 대용량화에 대한 필요성을 지속적으로 요구할 것으로 예상되며 이에 따른 100Gb/s 광트랜시버의 시장 수요는 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다. 이에 따른 데이터센터의 운용 방향은 시스템 집적도 향상과 저전력화가 핵심 화두이며 100Gb/s뿐만 아니라 Beyond 100Gb/s 광트랜시버의 기술개발에 대한 당위성과 방향성을 제시하고 있다. 본고에서 기술한 100Gb/s 광트랜시버의 표준화 및 기술개발 동향에 비춰 볼 때 향후 기술개발은 저전력화 및 소형화에 대한 기술 요구조건을 만족시키는 것 이외에도 대형 시스템회사들의 수직계열화, Global M&A 추세 등 비즈니스의 흐름에도 예의 주시할 필요가 있다고 하겠다. 또한, 시장 초기라고 할 수 있는 현재가 100Gb/s 광트랜시버 기술의 조기 확보를 위한 유일한 기회이며 향후 복잡하고 치열한 경쟁이 예상되는 광트랜시버 시장진출 여부를 판단하는 중요한 시점이라고 할 수 있다.

용어해설

수직계열화(Vertical Intergration) 외부 아웃소싱에 의존하지 않고 자체공급망을 구축하여 가격 경쟁력을 확보함으로써 글로벌 시장에서 생존하기 위한 전략

약어 정리

ADC

Analog-to-Digital Converter

AOC

Active Optical Cable

ASIC

Application-Specific Integrated Circuit

AWG

Array Waveguide Grating

CDR

Clock and Data Recovery

CFP

40G/100G Form-factor Pluggable

CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor

CPAK

100G (10x10G) Transceiver Package

CPRI

Common Public Radio Interface

CWDM

Coarse Wavelength Division Multiplexing

CAGR

Compound Annual Growth Rate

CDPI

Control Data Plane Interface

CXP

12x10G Form-factor Pluggable

DAC

Digital-to-Analog Converter

DFB

Distributed Feed-Back

DML

Direct Modulated Laser

DSP

Digital Signal Processing

EANTC

European Advanced Networking Test Center

EML

Electro-absorption Modulated Laser

ER

Extended Range

IC

Integrated Circuit (aka "chip")

IDC

Internet Data Center

LR

Long Range

LWDM

Lan Wavelength Division Multiplexing

M&A

Mergers and Acquisitions

MDIO

Management Data Input/Output

MMF

Multi Mode Fiber

MPO

Multi-fiber Push-ON

MSA

Multi-Source Agreement

OIF

Optical Internetworking Forum

PBS

Polarization Beam Splitter

PD

Photo Detector

PM-QPSK

Polarization Multiplexed Quadriphase Phase Shift Keying

QSFP+

Enhanced Quad Small Form-factor Pluggable

QSFP28

4x28G Quad Small Form-factor Pluggable

ROSA

Receiver Optical Sub-Assembly

SerDes

Serializer/Deserializer

SFF

Small Form-Factor

SFP+

Enhanced Small Form-factor Pluggable

SMF

Single Mode Fiber

SOC

System on Chip

SR

Short Range

TIA

Trans Impedance Amplifier

TOSA

Transmitter Optical Sub-Assembly

VCSEL

Vertical Cavity Surface Emitting Laser

XFP

10 Gigabit Small Form-factor Pluggable

XPAK

Expansion Pack

[1] 

IEEE 802.3 Working Group, IEEE Std P802.3ba, 2010.

[2] 

[3] 

[4] 

[5] 

[6] 

[7] 

[8] 

[9] 

OpenOptics MSA, http://www.openopticsmsa.org

[10] 

[11] 

[12] 

ovum, http://www.ovum.com

(그림 1)

100Gb/s 광트랜시버 Form-factor

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(그림 2)

100Gb/s 광트랜시버 크기 비교

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(그림 3)

100Gb/s 광트랜시버의 분류

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(그림 4)

OIF-MSA-100GLH MSA의 100Gb/s 광트랜시버 기능 블록도

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(그림 5)

OIF-MSA-100GLH MSA의 100Gb/s 광트랜시버 기능 블록도

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(그림 6)

CFP 내부 기능 블록도

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(그림 7)

광트랜시버 규격의 발전방향(100GBASE-LR4 제품 기준)

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(그림 8)

CFP2 내부 기능 블록도

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(그림 9)

CFP4 내부 기능 블록도

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(그림 10)

CPAK 외형도

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(그림 11)

QSFP28 기능 블록도

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(그림 12)

Coherent 광트랜시버 기능 블록도

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(그림 13)

CWDM4 광트랜시버 기능 블록도

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(그림 14)

Finisar의 글로벌 M&A를 통한 수직계열화

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<표 1>

100GBASE-LR4용 광트랜시버 형상에 따른 비교

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<표 2>

100Gb/s 광트랜시버 규격 비교

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<표 3>

100GBASE-LR4용 이더넷 광트랜시버 기술 진화방향

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*CDR(Clock and Data Recovery)

*TTA(Trans Impedance Amplifier)

<표 4>

100GBASE-LR4용 이더넷 광트랜시버 기술 진화방향

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*MPO(Multi-fiber Push-ON)

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