중국의 중공 코어 광섬유(HCF) 시험, 신호 재생 없이 128마일 구간에서 51.3 Tb/s 전송 성공 — AI 시대의 네트워크 병목 현상

중국 기업인 Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC)는 6월 16일, 초장거리 무중계 구간에서 파장 분할 다중화 (WDM) 기술을 통해 파장당 1.2 Tb/s를 구현하는 세계 최초의 중공 코어 광섬유 (HCF) 현장 시험을 성공적으로 완료했다고 발표했습니다. 국영 기업인 China Telecom 및 광학 장비 제조사인 Dekoli와의 협력을 통해 진행된 이번 시험은 신호 재생 (signal regeneration) 없이 약 128마일 (206.5 km) 구간에서 전례 없는 51.3 Tb/s의 총 전송 용량을 달성했습니다.

협력사들은 이 수치가 원격 펌핑 증폭기 (remote-pumped amplifiers) 없이 달성한 무중계 WDM 용량-거리 성능 면에서 새로운 세계 기록이라고 설명하며, 오직 어븀 첨가 광섬유 증폭기 (erbium-doped fiber amplifier) 증폭만을 사용하여 이를 달성했다고 밝혔습니다. 이번 시연은 광섬유 및 케이블 첨단 제조 및 응용 기술 국가 중점 실험실 (National Key Laboratory for Advanced Manufacturing and Application Technologies of Optical Fibers and Cables)의 프레임워크 아래 수행되었습니다.

이번 시험의 성공은 광통신 분야에서 큰 도약을 의미합니다. 이전의 HCF 결과와 차별화되는 점은 실험실이 아닌 실제 네트워크 환경에서 용량, 거리, 그리고 증폭 방식의 조합을 입증했다는 것입니다. China Telecom은 이전에 2024년 7월, 단일 파장으로 1.2 Tb/s를 시연한 적이 있으나, 이는 20km 구간에 불과했습니다.

다른 연구자들은 무중계 HCF 구간을 300km 이상으로 확장하기도 했으나, 용량은 훨씬 낮았습니다. YOFC가 주장하는 놀라운 새로운 성과는 무중계 도달 거리를 연장하기 위해 통상적으로 필요한 원격 펌핑 부스터 (remote-pumped boosters) 대신 기존의 어븀 첨가 광섬유 증폭기 (EDFAs)만을 사용하여, 상용 케이블을 통해 200km 이상의 구간에서 채널당 1.2 Tb/s를 끌어냈다는 점입니다.

중공 코어 광섬유 (Hollow-core fiber, HCF)는 대용량, 저지연 네트워킹을 위한 주요 후보로 빠르게 부상하고 있는 차세대 광 데이터 전송 매체입니다. 빛을 고체 유리(실리카) 코어를 통해 유도하는 기존 광섬유 (conventional optical fiber)와 달리, HCF는 공기로 채워진 채널을 통해 빛을 유도합니다. 이러한 구조적 차이는 몇 가지 장점을 제공합니다. 빛은 유리보다 공기를 통해 약 1.5배 더 빠르게 이동하므로 지연 시간 (latency)을 단축합니다. 또한, 공기 코어는 실리카에 내재된 비선형 왜곡 (nonlinear distortion) 및 분산 (dispersion)의 일부를 회피할 수 있습니다. YOFC는 이전에 자사의 중공 코어 광섬유 기술이 기존의 고체 코어 광섬유와 비교했을 때 31% 더 낮은 지연 시간, 47% 더 빠른 전송 속도, 그리고 거의 제로에 가까운 광 비선형성 (optical nonlinearity)을 제공할 수 있다고 주장한 바 있습니다.

이론적으로 HCF의 공기 코어는 더 적은 증폭 지점을 사용하면서도 훨씬 더 먼 거리에서 훨씬 더 많은 데이터를 운반할 수 있게 해줍니다. 그동안의 트레이드오프 (trade-off)는 항상 손실 (loss) 문제였습니다. 상용 중공 코어 광섬유는 역사적으로 성숙한 실리카 광섬유보다 높은 감쇠 (attenuation)율을 보여왔으며, 이는 신호가 증폭을 필요로 하기 전까지 이동할 수 있는 거리를 제한했습니다. 이번 시험에서 보여준 200km 이상의 무중계 구간 (unrepeatered span)은 이러한 제한이 좁혀지고 있음을 보여주는 최신 이정표입니다.

협력 연구진은 시스템 수준과 증폭기 하드웨어 수준이라는 두 가지 주요 혁신을 통해 이를 달성했습니다. 시스템 수준에서는 파장별 전송률 및 채널 전력 할당을 위한 자체 개발 최적화 기법을 사용했습니다. 모든 파장을 동일한 데이터 전송률과 전력으로 밀어붙이는 대신, 시스템이 링크 조건에 맞춰 각 채널을 조정함으로써 다양한 데이터 전송률, 채널 간격 및 전력 수준에 걸친 하이브리드 전송을 가능하게 했습니다. 기업들은 이 방식이 중공 코어 내부의 가스 흡수 피크 (gas-absorption peaks)로 인한 용량 손실을 줄이는 데 도움이 되었다고 밝혔는데, 이는 유리가 아닌 공기를 통해 빛을 유도할 때 나타나는 특이 현상입니다.

하드웨어 측면에서 연구진은 직렬 연결된 이중 이득 유닛 (dual-gain-unit) 구조와 다중 요소 도핑 (multi-element doping) 설계를 사용하여 고출력 증폭기를 구축하였으며, 동작 대역 전반에 걸쳐 평탄한 이득 (flat gain)을 유지하면서 최대 33.5 dBm (약 2.24 W)의 출력을 달성했습니다. 이러한 고출력 및 평탄한 증폭은 팀이 피하고자 했던 원격 펌핑 증폭기 (remote-pumped amplifiers)를 사용하지 않고도 무중계 구간 (unrepeatered span)을 확장하는 데 도움이 되었습니다. 실제 광 링크 (optical link)를 통해 이 정도의 높은 전력을 밀어내는 것은 실제 고장 위험을 수반하기 때문에, 시스템에는 광 경로 전력 이상 탐지 (optical-path power anomaly detection), 자동 인터록 차단 (automatic interlock shutdown), 그리고 장비가 손상되기 전에 결함을 포착하기 위한 알람 연동 대응 메커니즘을 포함한 안전 장치들이 마련되었습니다.

이번 시험, 그리고 더 넓은 의미에서의 중공 코어 광섬유 (HCF)에 걸린 이해관계는 AI 구축과 직접적으로 연결됩니다. 하이퍼스케일러 (hyperscalers)들이 점점 더 커지는 GPU 클러스터를 구축하기 위해 경쟁함에 따라, 데이터 센터 내부 및 시설 간의 장거리 링크 (long-haul links)를 연결하는 네트워크는 빠르게 병목 현상 (bottleneck)이 되고 있습니다. HCF의 낮은 지연 시간 (lower latency)은 운영자가 속도 저하 없이 비용이 많이 들고 전력이 제한된 허브로부터 시설을 더 멀리 배치할 수 있게 해주며, HCF의 용량 여유 (capacity headroom)는 AI 학습 및 추론이 생성하는 엄청난 트래픽을 이동하는 데 도움을 줍니다. 동일한 특성 덕분에 HCF는 금융 거래와 같이 지연 시간에 민감한 워크로드 (latency-sensitive workloads)에도 매력적입니다.

그러한 약속은 이미 상당한 자금을 끌어모으고 있으며, 그 대부분은 서구권에서 유입되고 있습니다. 2022년 Lumenisity 인수를 통해 조기에 움직였던 Microsoft는 2025년 9월, Azure 전반에 걸쳐 생산 규모를 확대하기 위해 Corning 및 Heraeus와 제조 계약을 체결했습니다. AWS는 자체적인 HCF를 개발하여 표준 광섬유 대비 30%의 지연 시간(latency) 개선을 주장하고 있으며, 현재 확보할 수 있는 것보다 더 많은 양을 원한다고 밝혔습니다. Corning 또한 Microsoft, Meta, Lumen과 광섬유 계약을 맺고 있으며, Nvidia의 지원을 받아 노스캐롤라이나에서 사업을 확장하고 있습니다. YOFC와 같은 시험들은 완전하고 광범위한 HCF 배포를 향한 기존의 격차를 메워가고 있지만, 중국의 진전은 현재 형성되고 있는 서구 공급망(Western supply chain)의 범위를 대체로 벗어나 있습니다.