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채널당 100Gbps PAM4 신호처리 및 DSP-IC 평가보드 기술

키워드

기술개요

“데이터센터용 통신용량 증대를 위한 저전력 On-Board 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술(실행과제번호: 18HB2910, 19HB2110, 20HB1810)” 사업과, “800G 광트랜시버용 광원 및 평가보드 기술 개발(실행과제번호: 21HK1820)” 사업으로 개발된 연구 결과물인 “채널당 100Gbps PAM4 신호처리 및 DSP-IC 평가보드 기술“을 수요 업체에 이전하고자 함

기술이전 목적 및 필요성

- 최근 인공지능, IoT, 빅데이터, 클라우드 서비스 등의 보급으로 데이터센터의 통신용량이 증가함에 따라, 이더넷 기반의 25.6T/51.2T급 대용량 스위치에 적용 가능한 400G 이상급 광트랜시버 개발에 대한 요구가 증가하고 있음
- 그 결과, 2017년 400G 이더넷의 표준화가 완료되었으며(IEEE 802.3bs), 최근 100G- Lambda MSA를 통해 채널당 100Gbps PAM4 기반의 400G-FR4 및 400G-LR4 광트랜시버의 규격이 발표되었음
- 채널당 100Gbps 기반의 400G 광모듈 및 광트랜시버는 해외업체를 통해 상용화가 진행되고 있으며, 2021년부터 채널당 100Gbps 기반 라인카드가 데이터센터에 도입됨에 따라 400G 및 800G 광트랜시버의 수요가 급격히 증가할 것으로 예상됨
- 이러한 전망에 따라 주로 25Gbps 및 100Gbps급 이하 제품의 상용화에 집중해온 국내업체 또한 400G TOSA/ROSA, 광송수신 엔진 및 광트랜시버 개발에 대한 전략적 대응이 필요한 상황임
- 그러나, 100Gbps급 PAM4 신호는 고주파 손실, 반사 및 노이즈 등에 매우 취약하므로 400G 및 800G급 광모듈은 국내 광트랜시버 업체에서 주력해온 25Gbps NRZ 또는 50Gbps PAM4 기반 광모듈에 비해 고주파 특성 측정의 난이도가 매우 높음
- ETRI에서는 “데이터센터용 통신용량 증대를 위한 저전력 On-Board 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술(실행과제번호: 18HB2910, 19HB2110, 20HB1810)” 사업과, “800G 광트랜시버용 광원 및 평가보드 기술 개발(실행과제번호: 21HK1820)” 사업을 진행하여 채널당 106/112Gbps 기반 400G 광송수신 엔진 및 광트랜시버의 고주파 특성을 측정할 수 있는 “채널당 100Gbps PAM4 신호처리 및 DSP-IC 평가보드 기술”을 확보하였음
- 본 기술을 통해 향후 400G/800G 광트랜시버가 점진적으로 100Gbps 제품을 대체할 것으로 예상되는 데이터센터 통신 시장에서 국내 광트랜시버 업체의 기술 경쟁력 확보에 기여하고자 함

기술의 특징 및 장점

- 송신부 electrical NRZ/PAM4 신호의 baud rate을 22 ~ 29Gbaud 및 53 ~ 58Gbaud 범위에서 가변적으로 조절할 수 있는 기능 제공
- 평가보드의 송신부 3-Tap/7-Tap FIR filters를 사용하여 채널당 106/112Gbps PAM4 신호의 고주파 손실과 비선형성을 보상한 상태로 신호를 생성가능
- DSP-IC에서 입출력 RF connector로 연결되는 전송선로 배치 및 signal via hole 구조 최적화를 통해 106/112Gbps PAM4 신호의 고주파 전송특성을 개선
- Auto-tuning을 통한 Tx & Rx 자동 측정기능
- 평가보드를 PPG로 사용시 평가보드와 연결되는 RF 케이블 특성을 자동으로 보상

기술의 성숙도

단계 : 6

활용방안 및 기대성과

- 본 기술은 데이터센터용 100G/200G/400G/800G 이더넷 TOSA/ROSA, 광트랜시버/광학엔진 특성 평가를 위한 저가형 multi-rate 400G/800G PPG & BERT 측정장비로 활용가능함
- 고가의 56Gbuad급 고속 패턴 발생 및 측정 장비를 대체할 수 있는 저가형 112Gbps PAM4 신호 측정 기술을 제공할 수 있으며, 향후 채널당 106Gbps PAM4 전송속도를 지원하는 800Gbps 이상 테라비트(Tbps)급 광트랜시버 측정에도 활용가능함
- 본 기술을 통해 최근 해외 주요 업체들을 중심으로 개발중인 200/400G 광송수신 엔진 및 광트랜시버의 국산화에 기여하고 향후 400G/800G 광트랜시버가 점진적으로 100Gbps 제품을 대체할 것으로 예상되는 데이터센터 통신 시장에서 국내 광트랜시버 업체의 경쟁력 및 주도권 확보에 기여할 수 있음

기술이전 내용 및 범위

- 채널당 100Gbps PAM4 신호처리 및 DSP-IC 평가보드의 설계, 제작 및 평가 기술
- 기술이전할 평가보드의 특성
1. NRZ/PAM4 변조포맷에서 26.5/28/29Gbaud 변조속도 지원
2. NRZ/PAM4 변조포맷에서 53/56/58Gbaud 변조속도 지원
3. 송신부 53/56/58Gbaud PAM4 신호의 TDECQ : 2 dB 이하
4. 송신부 53/56/58Gbaud PAM4 신호의 swing voltage : 1 Vpp 이상
5. 송신부와 수신부를 electrical loopback으로 연결한 상태에서 실시간 비트 에러율 검출이 가능하며, 26.5/28/29Gbaud PAM4 동작시 error-free 특성 확보

- 출원 특허 통상 실시권 및 기술 문서 제공
- 평가보드 설계, 제작 및 평가 관련 기술 교육 진행
1. 평가보드의 회로 설계 기술
2. 고속 PAM4 신호 전송을 위한 고주파 전송선로 배치 및 설계 기술
3. 저손실, 저유전율 PCB 재질을 이용한 PCB 설계 기술
4. 53/56/58Gbaud NRZ/PAM4 기반 PRBS 신호의 생성 및 검출 기술
5. 53/56/58Gbaud NRZ/PAM4 신호 측정 및 분석 기술