광섬유 처리량의 한 자릿수 크기 증가
올해 초, 상하이 대학의 중국 연구원들은 현세대 광섬유 속도를 수 개 수 폭(orders of magnitude)으로 높일 수 있는 방법을 발견했다고 공개했습니다. 이는 기존 광섬유 표준 네트워킹에서 발생하는 놀라울 정도로 엄격한 대역폭 제한을 극복하여, 현재의 100기가비트(Gbps) 표준을 기준으로 최대 125테라바이트/초(TB/s)까지 속도를 높일 수 있다는 의미입니다 [출처: Interesting Engineering].
네트워킹, 광섬유, 혹은 이 둘 모두에 대해 어느 정도 지식이 있는 사람이라면 이러한 속도 자체가 가능할지 의아해할 수도 있습니다. 더 놀라운 것은, 광섬유가 이미 가장 빠른 데이터 전송 수단으로 알려졌음에도 불구하고 그 엄청난 잠재력이 제대로 활용되지 못하고 있었다는 사실입니다. 빛의 속도는 바꿀 수 없으며, 빛은 우주에서 가장 빠른 것이기 때문에, 이 모든 현상 뒤에 숨겨진 기술적 '비결'이 궁금해집니다.
사실 그 비결은 없습니다! 기존 광섬유는 여전히 우리가 가진 다른 모든 기술보다 월등히 우수하지만, '광섬유' 본연의 특성에서 오는 근본적인 한계가 존재했습니다. 특히 구리 케이블이 최적의 선택이 아닌, 백엔드 서버 및 데이터 센터 환경에 한해서 그렇습니다. 문제는 단일 모드 광섬유(single-mode fiber optics)와 다중 모드 광섬유(multi-mode fiber optics) 사이의 차이였습니다. 단일 모드 광섬유는 현재 백엔드 용도로 사용되며 안정적이지만, 다중 모드에 비해 대역폭이 상대적으로 제한적입니다. 반면, 다중 모드는 간섭과 혼잡에 취약하여 지금까지는 광섬유 전송 속도를 획기적으로 끌어올리는 것이 거의 불가능했습니다.
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연구원들은 다중 모드 광섬유 케이블에 작고 소금 알갱이 크기의 회절 신경망(diffractive neural networks)을 추가했습니다. 이 기술은 데이터가 양 끝단에서 스크램블되는 것을 방지하면서도, 목표했던 더 높은 속도를 달성할 수 있게 해줍니다.
현재까지 이 기술은 자동차를 이용해 약 24시간 동안, 혹은 하이난 섬의 병원에서 상하이 대학까지 약 1270마일 동안 테스트되었습니다. 이러한 차세대 광섬유 테스트 환경에서 연구원들은 이전에는 불가능했던 수준의 속도를 달성했습니다. 이는 진정으로 최첨단의 정밀도가 요구되는 의료 스캐닝 및 이상 징후를 찾기 위해 광섬유 장치를 체내에 삽입하는 등의 잠재적인 의료 응용 분야의 미래를 제시합니다.
이 기술이 PC 하드웨어 사용자나 일반적인 소비자 전자제품 영역에 어떤 의미가 있을까요? 만약 이 기술이 널리 채택되고 실제 규모에서도 보여준 성능만큼 작동한다면, 전 세계 고속 인터넷 요금제는 눈에 띄게 빨라질 것입니다.
하지만 이것을 단순히 ‘속도의 증가’가 아니라 ‘기하급수적인 대역폭의 증가’로 이해하는 것이 중요합니다. 따라서 이 같은 기술 덕분에 더 빠른 무손실 다운로드와 스트리밍 미디어의 미래가 더욱 현실화될 수는 있지만, 여전히 해외에서 게임을 하거나 문제가 발생해 접속이 끊길 경우 핑(ping)이 200~300까지 치솟을 가능성이 높습니다. 빛은 빠르지만, 기존에 존재하는 모든 서버 중계기를 거치며 발생하는 지연 시간(latency)을 미래로 건너뛰듯이 완전히 생략할 수는 없습니다. 저지연성은 앞으로 오랫동안, 어쩌면 영원히, 물리적 거리에 다소 영향을 받을 것입니다.