마이크로소프트가 중공 코어 광섬유 기술에서 획기적인 성과를 거뒀다. 광신호 손실을 1km당 0.091dB로 줄이는 데 성공했는데, 이는 지금까지 달성된 수치 중 가장 낮은 값으로 수십 년간 광섬유 네트워크의 한계였던 0.14dB/km를 크게 밑돈다.

이번 연구 결과는 영국 롬지에 위치한 마이크로소프트 애저 파이버(Microsoft Azure Fiber)와 사우샘프턴대학교 공동 연구팀이 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 발표했다. 신형 광섬유는 기존의 유리 코어 광섬유보다 신호 손실과 대역폭 용량 모두에서 앞서는 성능을 처음으로 입증했다.

마이크로소프트의 중공 코어 광섬유는 18THz 대역폭에서 손실률 0.1dB/km 이하를 유지했으며, 제조 불순물을 제거한 경우 66THz 대역폭에서도 0.2dB/km 이하로 동작했다.

마이크로소프트 애저 파이버의 파트너 연구원 프란체스코 폴레티는 네트워크월드와의 인터뷰에서 “이번 연구는 파일럿 프로젝트였지만, 1,200km 이상의 광섬유를 지하에 설치해 실시간 트래픽을 전송하는 테스트가 포함되어 있다”라고 강조했다. 마이크로소프트 CEO 사티아 나델라는 2024년 이그나이트 행사에서 앞으로 애저 네트워크 전역에 1만 5,000km 규모의 중공 코어 광섬유를 배치하겠다고 발표한 바 있다.

마이크로소프트, 중공 코어 광섬유 상용 배치 본격화

마이크로소프트는 2022년 12월 사우샘프턴대학교의 스핀아웃 업체인 루미니시티(Lumenisity Limited)를 인수하면서 이 분야의 기술력을 한 단계 높였다. 당시 루미니시티의 중공 코어 광섬유는 손실률이 약 2.5dB/km 수준으로, 기존 중공 코어 기술보다 향상됐지만 여전히 전통적인 유리 광섬유의 0.14dB/km보다는 크게 뒤처져 있었다.

마이크로소프트는 루미니시티와 함께 영국 롬지에 위치한 대형 제조시설도 인수했는데, 세계 최초의 중공 코어 광섬유 전용 생산 공장이었다. 하지만 이 기술이 기존 유리 광섬유와 경쟁하기 위해서는 상용화 수준으로 성능을 대폭 개선해야 했다.

네이처 포토닉스에 발표된 연구 결과는 마이크로소프트 연구팀이 이 기술을 획기적으로 개선해 손실률 0.091dB/km을 달성했음을 보여준다. 이는 루미니시티 인수 당시보다 25배 이상 뛰어난 성능이며, 전통 유리 광섬유보다도 우수한 수치다.

한계 성능 돌파하며 비용 절감 효과도 기대

마이크로소프트의 성과는 광섬유 산업이 직면한 기술적 한계를 고려할 때 더욱 의미가 크다. 기존 실리카 유리 광섬유는 이미 성능 한계에 도달해 있는 상태이다.

연구팀은 논문에서 “1970년 이후 광통신 분야는 지속적으로 발전했지만, 실리카 유리 광섬유의 최소 감쇠율은 거의 변하지 않았다”라고 지적했다. 실제로 손실률은 1985년 0.154dB/km에서 2024년 0.1396dB/km로 40년간 소폭 개선된 수준에 그쳤다.

중공 코어 기술은 광신호 전달 매체로 공기를 사용하고, 이를 정밀하게 설계한 유리 마이크로구조로 둘러싼다. 이 설계는 빛이 기존 유리 광섬유보다 47% 빠르게 전달되도록 하면서도 신호 품질을 유지한다. 연구팀은 “이 접근법은 감쇠와 기타 신호 열화 현상을 줄일 뿐 아니라, 전송 속도를 45%까지 향상시킨다”고 설명했다.

특히, 기존 광섬유에 비해 색 분산도 7배나 줄였다. 연구팀은 “이는 코히어런트 전송 시스템에서 송수신기의 디지털 신호처리 복잡성과 전력 소비를 줄일 수 있다”라고 강조했다.

개선된 성능은 네트워크의 운영 비용을 크게 줄일 수 있는 가능성을 보여준다. 폴레티는 “신호 손실이 낮아지면 고가의 증폭기를 설치하는 간격을 늘릴 수 있고, 기존 증폭기를 더 낮은 전력으로 운용할 수 있다”라고 설명했다.

또한, “향후 네트워크 아키텍처에서는 2~3개 증폭기 사이트마다 1개씩을 생략하는 구성도 가능해져 자본 지출과 운영 비용 모두에서 상당한 절감 효과를 거둘 수 있을 것”이라고 분석했다.

색 분산 감소도 장비 요건을 단순화하는 요소로 작용한다. 폴레티는 “기존 광섬유 대비 6~7배 낮은 색 분산 덕분에 송수신기의 디지털 신호처리를 간소화할 수 있어 장비 복잡성과 전력 소모를 모두 줄일 수 있다”고 덧붙였다.

여전히 난제로 남은 제조 공정

마이크로소프트만 이 기술의 잠재력을 인식한 것은 아니다. 대규모 상용화에 앞서 다수의 대형 통신업체가 자체적으로 기술을 시험했다. 미국 인터넷 서비스 업체 컴캐스트(Comcast)는 2022년 4월, 필라델피아에 40km 구간의 엔드 투 엔드 중공 코어 광섬유를 설치한 첫 사례가 됐다. 컴캐스트는 “기존 광섬유보다 데이터 속도가 150% 빨라지고 지연시간은 33% 낮아졌다”라고 밝혔다.

BT는 5G 네트워크와 양자통신 분야 애플리케이션을 위해 자사 연구 시설에서 10km 구간 테스트를 진행했다. 유럽 통신사 유네트웍스(euNetworks)는 런던 데이터센터 간 45km 구간에 이 기술을 상용 배치했다.

이처럼 다양한 현장 시험과 마이크로소프트의 상용 적용이 이뤄졌지만, 대량 생산에는 여전히 높은 진입 장벽이 존재한다. 폴레티는 “전통적인 유리 광섬유 제조장비를 그대로 활용하지만, 중공 코어 광섬유는 근본적으로 제작 방식이 달라 자동화를 위한 특수 장비 개발이 필수”라고 지적했다. 또 “막 두께를 500나노미터 수준으로 정밀하게 제어해야 하고, 내부에 여러 겹의 관을 겹쳐놓는 복잡한 구조 설계가 필요해 일반 광섬유보다 제조 난도가 훨씬 높다”라고 설명했다.

마이크로소프트는 자체 자원을 활용해 생산 확대를 위한 문제 해결에 나서고 있다. 폴레티는 “기술 개발 초기에는 자금력이 풍부한 금융 거래 산업이 먼저 수혜를 입었다”고 밝혔다. 하지만 적용 분야는 점점 확대되고 있다. 폴레티는 “향후 AI 워크로드 효율성을 높이고, 데이터센터의 지역 분산 배치를 더 유연하게 구성하는 데 이 기술이 사용될 가능성이 크다”라고 강조했다.

통신 산업 전반의 근본적인 변화 가능

마이크로소프트가 상용화를 가장 먼저 시작하지만, 중공 코어 광섬유는 향후 생산 확대에 따라 업계 전반으로 보급될 가능성이 크다. 폴레티는 “마이크로소프트는 이 기술의 가능성을 가장 먼저 인식하고 초기 위험을 감수하며 개발에 착수했다”라며, “장기적으로는 전 세계 통신 및 데이터 통신 생태계 전반에 기술이 확산될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

연구에 따르면, 중공 코어 광섬유는 700~2,400나노미터 파장에 걸쳐 운영할 수 있어 기존 통신 시스템보다 훨씬 넓은 대역폭을 사용할 수 있다. 시뮬레이션 결과, 코어 직경을 확대한 설계를 적용하면 손실률을 0.018dB/km까지 낮출 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 “이번 기술 성과는 데이터 통신의 다음 도약을 가능하게 할 잠재력을 지녔다”고 결론지었다. AI 워크로드와 디지털 전환으로 대역폭 수요가 급증하는 엔터프라이즈 네트워크 입장에서는 불과 몇 년 전까지만 해도 불가능해 보였던 성능 향상이 현실화된 것이다. 폴레티는 “생산을 본격적으로 확대하고 제조 단가를 낮추며 생태계를 제대로 조성해낸다면, 중공 코어 광섬유는 통신 산업 전체를 근본적으로 바꿔놓을 수 있을 것”이라고 전망했다.
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