실리콘포토닉스 기술

BM 개발 및 수요발굴을 통한 대형기술마케팅 : BM-SMK

Summary • 나노 소재 기반으로 미래 정보통신 원천기술 및 고부가 부품/소재 기술 개발

• 국내에서는 한국전자통신연구원에서 벌크 실리콘 기반 단일칩 광송수신기 기술의 세계 최초 개발로 차세대 광전 융합

반도체 원천기반 기술 확보

• 미국의 경우 chip-to-chip으로 광통신 기술을 확대 발전시키려는 노력을 하고 있으며 특히 IBM, HP, Corning과 같은

미국 기업을 중심으로 활발하게 추진

• 유럽의 경우는 에너지 절감형 광기술을 통신 뿐 만아니라 국방, 자동차, 의료, 센서시스템에도 확대하려는 노력

• 스마트폰 보급에 따른 대용량 멀티미디어 서비스의 폭발적 수요 증가에 따라 데이터 센터의 100Gb/s 광트랜시버에

대한 수요는 2018년 데이터콤 전체 시장의 50% 이상 차지할 전망

• 미국 Ovum사의 예측에 따르면 광통신 부품과 모듈 시장은 국제적으로 두 자릿수의 성장을 할 것이며 이 중 Datacom

분야가 42억불로 연평균 16% 이상의 성장이 예상

• 데이터센터는 빅데이터를 저장하고 유통시키는 핵심 인프라로 대규모 전력을 필요로 하며, 최근 구글 및 페이스북의

데이터센터를 필두로 전력 효율을 높이기 위한 장비 개선 연구가 전세계적으로 진행 중임

기술 동향

시장 동향

기술 소개

Lab 소개

• 전기신호가 아닌 빛으로 데이터를 주고받는 실리콘 반도체 기반의 광 송수신 단일칩

• 본 기술의 특징은 컴퓨터에 '빛의 도로'를 내 칩들 사이 또는 칩 내부에서 빛으로 통신할 수 있어 데이터 속도를 10배

이상 높일 수 있는 장점이 있음

• 본 기술의 공급자인 한국전자통신연구원은 광부품소재 연구 인력을 기반으로 관련 사업 연구 경험이 있는 기술 수요자들

을 대상으로 기술제공 및 공동연구개발 등을 통해 협력사업 추진이 필요할 것으로 예상

협력 사업

2

목차

1. Lab 소개

2. 기술소개

3. 환경분석

4. 사업화 전략

5. 비즈니스 모델

6. 협력방안

3

Lab 소개 정보통신부품소재연구소 나노융합소자연구부

VISION : IT-NT 융합기술 구현을 통한 IT소재 산업 활성화 기여

목표

나노 소재 기반으로 미래 정보통신 원천기술 및 고부가 부품/소재 기술 개발

광-전 융합 실리콘포토닉스 기술 연구

집적회로-광소자 단일칩화 기술 연구

아날로그/디지털 혼성신호처리 기술과

지능형 센서신호처리 알고리즘 기반의 센서

인터페이스 기술 연구

4

기술소개 □ 기술의 간략한 소개

본 기술은 전기신호가 아닌 빛으로 데이터를 주고받는 실리콘 반도체 기반의

광 송수신 단일칩

컴퓨터에 '빛의 도로'를 내, 칩들 사이 또는 칩 내부에서 빛으로 통신할 수 있어

데이터 속도를 10배 이상 높일 수 있는 장점이 있음

전자와 광의 융합 기술로 차세대 데이터 광통신 분야 선도 기술임

5

ETRI의 제작된 프로토 타입 실리콘 트랜시버 칩들 간의 채널당 20Gb/s 데이터 광통신

기술소개

10GB~1TB까지 광통신 데이터 이동 가능

실리콘 광모듈레이터(광송신 소자_SOI 기판)

실리콘 포토닉스 기반 Ge-on-Si(게르마늄 온 실리콘) 광수신 소자(Bulk-Si 기판)

- 고성능 PIN 광수신소자

- 고강도 아발란치 광수신소자(APD소자)

모노리식 TRx 실리콘 포토닉스 IC(PIC)

- 모듈레이터-광수신소자 단일 접적(SOI 기판)

단일칩 실리콘 트랜시버(Bulk-Si 기반)

- 광원(직접변조) · 광수신소자가 단일 집적 칩 기술

→ 2016년 제품화 가능 기술

□ 기술의 주요 성과

6

데이터

전송속도

획기적

증가

전력

소모량

감소

저렴한 가격

양산 가능

전자파 간섭

최소화

장거리

전송

가능

기술소개 □ 기술 시제품

7

기술소개

실리콘 기반의 고성능 광송수신 소자들의 단일칩화에 따른 소형화, 저가격화, 저전력화 입증 확인

□ Feature / Benefit 분석

특징

장점

- 실리콘 전자회로 칩에 광데이터 입출력 기능 추가시킬 수 있는 플랫폼 기술

- 기존 전기 데이터 속도인 라인당 최대 1∼2Gbps를 10∼수십 배 끌어올림

- 전송 거리에 구애받지 않고 일반 컴퓨터 환경에서도 광통신 속도를 채널당

10∼40Gbps의 속도 구현 가능

- 데이터 전송속도 획기적 상승

- 전력 소모량 기존대비 효과적 감소

- 컴퓨터 칩부터 네트워크 광통신부품, 모바일 기기까지 광범위한 적용 가능

8

국제 권위학술지인 Optics Express, Optics Letters 등 다수 게재되었으며, 美

SPIE Photonics West 2015 국제학회 초청 발표 및 다수의 국내외 특허로

등록/출원됨

기술소개

한국전자통신연구원에서 실리콘 포토닉스 기술의 지속적 연구 개발을 통해

광 트랜시버 실리콘칩 기술 뿐만 아니라 △ 실리콘 광모듈레이터(광송신 소자

_SOI 기판) △ 실리콘 포토닉스 기반 Ge-on-Si(게르마늄 온 실리콘) 광수신

소자(Bulk-Si 기판) 등의 원천 기술 보유

□ 기술개발 추진 현황

9

ETRI 초고속 광전 모듈 패키지

□ 목표제품/서비스

분야 Mobile Devices optical

communication Computer Memory

실리콘 칩 사이, 또는 칩 내에서

빛으로 데이터를 주고받는 광컴퓨터

칩 구현

미래 컴퓨터, 휴대기기, 커넥터

등에서 전기보다 데이터 전송속도

10배 이상 빠름

고성능 컴퓨터(HPC High Performance

Computing)

중앙처리장치(CPU)

3차원 IC

광부품데이터센터 및 네트워크 광통신 부품

모바일 기기 및 센서

기술소개

기능 제품

서비스

• 채널당 10~40Gbps의 속도 → 풀(Full) HD급 영화 1편(4GB)을 0.8초에 전송 가능

기술소개 □ 기술완성도(TRL 단계)

본 기술은 시작품 인증 / 표준화가 완료된 TRL 8단계

TRL 9

TRL 8

TRL 7

TRL 6 Pilot 단계 시작품 성능 평가

Pilot 단계 시작품 신뢰성 평가

시작품 인증/ 표준화

사업화 본격적인 양산 및 사업화 단계

일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계 - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등

시작품의 신뢰성 평가 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계

경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가 시작품 성능평가

TRL 5

TRL 4

TRL 3

TRL 2

TRL 1 기초 이론/실험

실용 목적의 아이디어/특허 등

개념 정립

연구실 규모의 성능 검증

연구실 규모의 부품/시스템 성능평가

시제품 제작/ 성능평가

개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발

연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계 실용화를 위한 핵심요소기술 확보

연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계 모델링 / 설계기술 확보

실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립

연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

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환경분석 □ 주요국 기술동향

중국의 Huawei는 2012년 1월 실리콘 기반의 광소자 집적 전문 기업인 CIP

사를 인수하였으며, Cisco는 실리콘 포토닉스 전문 기업인 Lightwire를 인수

→ 광통신부품업체 뿐만 아니라 대형 시스템회사들의 기업 인수가 두드러짐

미국의 세계 최대 컴퓨터용 CPU 생산 회사인 Intel은 에너지 절감 및 기능

향상을 위하여 현재 Silicon Photonics 프로젝트를 진행 중임

→ Intel이 Silicon Photonics를 기반으로 한 트랜시버를 개발하고 Corning사는

이에 최적화된 광섬유 및 커넥터를 개발하는 MXC Connector 프로젝트를

공동 수행함

< Corning사가 개발한 Clearcurve 제품의 성능 개선 개념도>

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환경분석 □ 목표시장

본 기술의 목표시장으로 광소자 / 광부품소재 제조 기업(1차), 광커넥터 / 광통신

모듈 제조 기업(2차), 광통신/데이터 센터 운영 기업(3차)로 아래와 같음

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광소자 / 광부품소재 제조 기업

광통신/데이터 센터 운영 기업

차세대 고성능 컴퓨터 모바일 기기

광커넥터 / 광통신모듈 제조 기업

스마트폰 3D 적층형 메모리 디스플레이 부품

1차

2차

3차

환경분석 □ 광통신 부품/모듈 시장 동향

스마트폰 보급에 따른 대용량 멀티미디어 서비스의 폭발적 수요 증가에 따라

데이터 센터의 100Gb/s 광트랜시버에 대한 수요는 2018년 Datacom 전체

시장의 50% 이상 차지할 전망

소형화 및 저전력화 추세에 따라 실리콘 포토닉스와 같은 Optical SOC(System on Chip) 기술 상용화 가속화 예상

출처: 미국 Ovum 사, 2011

미국 Ovum사의 예측에 따르면 광통신 부품과 모듈 시장은 국제적으로 두

자릿수의 성장을 할 것이며 이 중 Datacom 분야가 42억달러로 연평균

16% 이상 성장 예상

< 광통신 부품과 모듈의 세계 시장 예측 >

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$3,674 $3,529

$4,836 $5,579

$6,363

$7,279

$8,266

$9,222

$0

$1,000

$2,000

$3,000

$4,000

$5,000

$6,000

$7,000

$8,000

$9,000

$10,000

2006 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

환경분석 □ 광통신 데이터 센터 시장 동향

2014년 국내 빅데이터 시장 규모는 2,013억 원 규모를 형성하였으며, 매년 20%

대의 성장세가 지속되다가 2017년에는 30% 이상 성장하여 4,260억 원의 시장

규모 형성 전망

광통신 산업은 급증하는 데이터를 해결하는 가장 경제적인 방법으로, 유무선 데이터 트래픽 증가와 함께 지속적 성장 전망

출처: 한국데이터베이스진흥원, 2014

데이터센터는 빅데이터를 저장하고 유통시키는 핵심 인프라로 대규모 전력을

필요로 하며, 최근 구글 및 페이스북의 데이터센터를 필두로 전력 효율을 높이기

위한 장비 개선 연구가 전세계적으로 진행 중임

< 국내 빅데이터 시장 현황>

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1,643 2,013

2,507

3,237

4,260

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

2013 2014 2015 2016 2017

(단위 : 억 원)

□ 주요 시장 참여자

본 기술의 주요 시장 참여자는 아래와 같음

사업분야 기업명 URL 대표자 주요 수행 사업

광소자 / 광부품소재 제조 업체

㈜케이이씨 www.kec.co.kr 황창섭 • 트랜지스터 및 반도체소자 제조

㈜삼성전자 www.samsung.com 권오현 • 컴퓨터 핵심 칩, 반도체부품

LG이노텍㈜ www.lginnotek.com 이웅범 • 광소자 전자부품

㈜광전자 www.auk.co.kr 박래원 • 트랜지스터, SMD TR, 발광소자

㈜오디텍 www.od-tech.com 박병근 • 광센서모듈, 포토다이오드칩, 광반도체,

광소자

광커넥터 / 광통신모듈 제조 업체

㈜오이솔루션 www.oesolutions.com 박용관 • 광트랜시버(송수신용모듈)

㈜빛과전자 www.lightron.co.kr 김홍만 • 광트랜시버(송수신용모듈), 이동통신용

광부품

㈜엔티코아 www.ntcore.co.kr 김영식 • 광전복합모듈

데이터센터 운영 업체

㈜케이티 www.kt.com 황창규 • IDC, 인터넷 네트워크 제공, 관리

한국정보통신㈜ www.kicc.co.kr 김철호 • IDC, 인터넷 네트워크 관리

에스케이브로드밴드㈜ www.skbroadband.com 이인찬 • IDC, 멀티미디어서비스

환경분석

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사업화 전략 □ STP 분석

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대분류 중분류 소분류

제조업 전자부품, 컴퓨터, 통신장비 제조업 전자부품 제조업

반도체 제조업

정보서비스업 자료처리, 호스팅, 포털 및 기타 인터넷 정보매개서비스업 데이터베이스 및 온라인정보 제공업

적용분야 산업 요구사항 타겟기업

광소자 및 광부품소재 • 기하급수적으로 증가하는 정보의 전송 시

필요 전력 동시 증가

대 / 중견기업 ㈜삼성전자, LG이노텍㈜

중소기업 우리로광통신, PPI, Chemoptics, ㈜오이솔루션

광커넥터 및 광통신모듈 • 고속도, 대용량에 대한 요구 지속적 증가 대 / 중견기업 ㈜빛과전자

중소기업 ㈜엔티코아, 옵티시스㈜

인터넷 데이터센터 • 서버 장비의 데이터 처리 능력 증가로 최대

10배 이상의 전력 동시 증가 대기업 ㈜케이티, 에스케이브로드밴드㈜

경쟁요소 전력에너지 절감 고속전송/저장/처리 타겟기업 Selling Point

포지셔닝

높음 높음 ㈜삼성전자, LG이노텍㈜ • 고효율, 에너지 절감형 집적 광전자 소자

높음 높음 ㈜삼성전자, ㈜케이이씨 • 우리나라 미래 성장 동력의 핵심인 IT 및 조명

분야에서 기술적 우위

낮음 높음 ㈜케이티, 에스케이브로드밴드㈜ • 폭발적으로 늘어나는 데이터량에 비례해

이를 수용할 수 있는 서버 구축 필요

낮음 낮음 ㈜오디텍, ㈜엔티코아 • 국내 IT 소자 산업의 국제 수월성 확보를

위한 선진 기술자료 확보

Segmentation

Targeting

Positioning

SO 전략(우선수행) WO 전략(우선보완)

• 시장 수요에 부합하는 본 기술의 이전 추진 • 발명자의 기술전수 범위 및 사업모델 기획 공유

• ETRI, KETI, KITEC 등 국책연구기관과 대기업 및 중소기업 간 체계적 협력 필요

ST 전략(RISK 해결) WT 전략(장기보완)

• 국내 정보통신단말기기의 국제적 우월성 바탕 차세대 유무선 복합 네트워크 구축 전략 마련

• 에너지절감형 ICT 소재, 부품, 장비, 시스템업체 간 수직통합적 생태계 구축 필요

사업화 전략 □ SWOT 분석

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내부요인

강점 (S)

데이터 전송 속도 획기적 증가 / 전력 소모량 효과적 저감

기술완성도 / 발명자 기술이전 의지 높음

외부요인

기회 (O)

정보 통신, 저장 고속도 / 대용량에 대한 요구 지속적 증가

전체적인 정보통신망 분야에서 에너지 절감이 핵심 이슈

약점 (W)

광부품소재 기반 부가가치 창출 장비 / 시스템 기업 부재

기술도입자 관점의 주도적인 기술사업화 수익모델 기획 필요

위기 (T)

광통신 하드웨어 개발능력 중국이 선도적 위치

에너지 절감형 광전소자에 대한 정책적 연구투자 미흡

BM

비즈니스모델 연구자 R&D역량 및 노하우 전수

광모듈 패키지 통한 자체 통신 가능

향후 정보통신 분야는 광기반 기술 선도

10GB ~ 1TB까지 데이터 이동에 대한 delay 없이 가능

광소자 /광부품소재 제조 업체

광통신부품/모듈 제조 업체

고성능 컴퓨터, 모바일 기기 등

향후 광통신 전분야 활용 가능

실리콘 포토닉스 기반 광수신소자 생산

광기반 단일 집적 칩 제조 프로세스 확립

광통신분야 컨소시엄 참여

• 초고속 데이터 전송 기술의 세계 최초

개발 통한 국내외 광컴퓨터 분야 선도

• 실리콘 전자회로 칩에 광데이터의 입출력 기능을

추가시킬 수 있는 독자적 플랫폼기술

• 기존 실리콘 반도체 기술과 호환 가능하여 기존

반도체 업체와 사업 협력 구축

• 이전기업에서 희망하는 형태로 Fab Lab에서

시제품 제작 지원

광통신 관련 국제 포럼 및 전시회 참가를 통한

유통 채널 탐색

가치제안

전달방식 목표고객

가치사슬/조직 수익흐름

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비즈니스모델

20

광소자 / 광부품소재 제조 기업

실리콘 포토닉스 기술

최종 소비자

광커넥터 / 광통신모듈 제조업체

핵심기술 이전 상용화 지원

기술료

제품적용 지원

기술료

저가의 고성능 실리콘 광통신 소자 판매

수익

제품 판매

수익

광통신/데이터 센터 운영 기업

제품판매

수익 서비스 판매 수 익

□ 기술사업화 수익구조

협업방안

공급자 수요자

- 실리콘포토닉스기술

제공 및 기술지도

- 기업 목표사업 개발

자문

- 광소자 및 부품소재 제조 업체

- 전담 연구인력 보유

(기술전수 참여 전담인력)

- 실용화 연구 예산 확보

기술이전

공동 사업 수행

노하우 이전

연구소기업 설립 기획 및 공동 참여

2016년 제품화 가능

실용기술 공동연구개발

□ 협업 사항

기술이전 후 직접 사업화

실용화 공공R&D과제

제안

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