광회로와 전자 회로를 매우 가깝게 또는 일체로 집적하여 전기 배선을 빛으로 바꾸는 기술과 그 사고방식. 광 연결을 장비 사이에서 보드 사이, 칩 사이로 넓혀 전력을 줄이는 것을 목표로 한다. 일본에서 많이 쓰이는 용어다.
일본어 명칭: 光電融合
광전 융합(Photonics-Electronics Convergence)은(는) 화합물 반도체, 첨단 패키징(3D와 칩렛) 등 2개 분야의 연습 문제 2개에 나와요.
분야: 실리콘 포토닉스
전기 배선은 신호가 빨라지고 거리가 길어질수록 손실이 커지며, 이를 보상하는 회로가 전력을 소비합니다. 광섬유나 광도파로의 손실은 데이터센터 규모의 거리에서는 거리에 거의 의존하지 않고, 파장 분할 다중화(WDM)로 한 가닥의 섬유에 많은 신호를 실을 수 있습니다. 한편 빛으로 데이터를 보내려면 전기-광 변환이 필요하며, 여기에도 전력이 듭니다. 광전 융합은 광부품을 전자 회로 바로 옆에 두어 긴 전기 배선을 없애고 변환 전력을 줄임으로써, 빛이 유리해지는 거리를 짧게 하려는 것입니다.
광 연결은 장거리 통신에서 데이터센터 안 장비 사이의 연결, 랙 안 보드 사이의 연결로 넓어져 왔습니다. 다음 단계는 광 트랜시버를 스위치 IC와 같은 패키지에 넣는 코패키지드 옵틱스(CPO)와, 칩 근처에서 칩끼리를 빛으로 직접 잇는 광 I/O입니다. NTT는 IOWN 구상 안에서 광전 융합 디바이스를 사용해 광 연결을 데이터센터 사이에서 보드 사이, 칩 사이, 나아가 칩 안으로 단계적으로 넓히는 계획을 제시하고 있습니다(2020년대 중반 시점).
중심에 있는 것은 CMOS와 같은 제조 기술로 광도파로, 변조기, 수광기를 집적하는 실리콘 포토닉스입니다. 실리콘은 발광이 서투르므로, InP 같은 화합물 반도체로 만든 레이저를 접합하거나 외부에서 빛을 공급합니다. 광 칩과 드라이버나 TIA 같은 전자 칩을 쌓아 짧게 연결하는 기술과, 많은 광섬유를 높은 정밀도로 붙이는 실장 기술도 빼놓을 수 없습니다.
광부품은 온도에 민감하므로, 뜨거운 프로세서 옆에서 안정적으로 유지해야 합니다. 레이저의 신뢰성, 교체할 수 없는 부품의 조립 전 시험, 광섬유 부착의 비용과 수율도 과제입니다. 전기-광 변환이 충분히 효율적이지 않으면 아주 짧은 거리에서는 전기 배선이 계속 유리합니다. 빛이 배선을 어디까지 대체할 수 있을지는 변환 효율과 실장 비용의 개선에 달려 있습니다.
실리콘 포토닉스는 실리콘의 제조 공정으로 광회로를 만드는 기술입니다. 광전 융합은 그러한 기술을 사용해 광회로와 전자 회로를 긴밀하게 조합하고 전기 배선을 빛으로 바꾸어 가는 더 넓은 사고방식을 가리킵니다.
광 트랜시버를 스위치 IC와 같은 패키지에 넣어 전기 경로를 수 mm로 줄이는 CPO는 광전 융합의 대표적인 형태 중 하나입니다. 그 뒤의 단계에서는 칩 사이와 칩 안의 연결을 광으로 바꾸는 것을 목표로 합니다.
일본에서 많이 쓰이는 용어로, NTT는 영어로 Photonics-Electronics Convergence(PEC)라고 표기합니다. 비슷한 노력은 영어권에서 co-packaged optics나 optical I/O 같은 구체적인 기술 이름으로 부르는 경우도 많습니다.
AI용 데이터센터의 광 배선을 뒷받침하는 기술로서 광전 융합 개발이 급속히 진행되고 있습니다.
실리콘 포토닉스에서 레이저 광원에 화합물 반도체를 조합하는 이유로 올바른 것은?광전 융합 기술의 하나입니다.
스위치 IC 등과 광 송수신 부품을 같은 패키지 안에 근접하여 실장하고, 전기 배선을 짧게 하여 소비 전력…실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 도파로 CMOS 간접 천이형 InP(인화인듐) CPO(코패키지드 옵틱스) BGA QFP(쿼드 플랫 패키지) 굴절률 그레이팅 커플러(Grating Coupler)