이번 연구를 수행한 KAIST 연구진. 한용환(뒷줄 왼쪽부터), 강동길 박사과정, 김수현, 윤빈 석사과정, 김상현(동그라미 왼쪽부터) 교수, 이신형, 김인기 박사과정.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 AI 데이터센터의 전력소모와 데이터 전송 병목 문제를 일거에 해소할 기술을 개발했다.

KAIST는 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 한재훈 박사, 한국나노기술원(KANC) 김종민 박사, 삼성전자 패키징사업부와의 협업을 통해 서로 다른 반도체 소재의 장점을 결합한 차세대 광변조기를 개발했다고 23일 밝혔다.

AI 데이터센터는 수많은 서버와 반도체 칩이 대용량 데이터를 실시간으로 주고받는다. 이 과정에서 광변조기의 성능은 데이터 전송 속도와 전력 효율을 결정하는 핵심 요소다. 그러나 기존 실리콘 기반 광변조기는 높은 발열과 온도 변화에 취약했고, 효율을 높이면 속도가 떨어지고 속도를 높이면 효율이 감소하는 한계를 안고 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 온도 변화에 강한 마하-젠더(Mach-Zehnder) 구조를 유지하면서도, 실리콘 도파로(빛이 지나가는 통로) 위에 전기·광학적 반응성이 뛰어난 인화물계 반도체 박막을 결합했다. 이는 기존 실리콘 위에 빛을 더 민감하게 제어할 수 있는 특수 반도체 소재를 덧붙인 것으로, 소자 크기는 줄이면서도 빛 신호를 더욱 효율적으로 제어할 수 있게 했다.

차세대 광변조기 모식도(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]

그 결과 머리카락 굵기보다 수십 배 작은 500 마이크로미터 길이의 초소형 소자에서 세계 최고 수준의 변조 효율과 고속 구동 대역폭을 동시에 달성하는 데 성공했다. 이는 더 적은 전력으로 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있음을 의미하며, AI 데이터센터의 에너지 효율과 데이터 처리 성능을 동시에 높일 수 있는 수준의 성과다.

이번 연구는 AI 데이터센터가 직면한 전력 소비 증가와 데이터 전송 병목 문제를 해결할 수 있는 현실적인 기술을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 특히 소형화와 저전력 특성을 바탕으로 차세대 데이터센터용 광통신 칩과 공동 패키지 광학의 핵심 부품으로 활용될 것으로 기대된다.

김상현 교수는 “이 기술은 소비 전력 감소에 기여하고, 마하-젠더 구조의 열 안정성은 발열이 심한 데이터센터 환경에서 별도의 열 제어 없이도 안정적인 동작을 가능하게 한다”면서 “소자 구조 및 공정의 추가 최적화를 통해 실제 AI 데이터센터 광인터커넥트에 적용 가능한 수준의 성능과 수율을 달성하는 것을 목표로 하고 있다”고 말했다.