미래는 아날로그다.
캘리포니아 대학교 어바인(University of California, Irvine) 연구진은 140 GHz 대역에서 작동하며 최대 120 Gbps(초당 약 15 기가바이트)의 데이터 전송이 가능한 트랜시버를 개발했습니다. 이는 현재 상용화된 무선 기술의 이론적 최대 속도인 30 Gbps(Wi-Fi 7) 및 5 Gbps(5G mmWave)와 비교했을 때 월등한 성능입니다. UC 어바인 뉴스에 따르면, 이 새로운 속도는 데이터 센터 및 기타 상업적 응용 분야에서 사용되는 대부분의 광섬유 케이블(일반적으로 약 100 Gbps)에 필적할 수 있습니다. 연구팀은 이 결과를 IEEE Journal of Solid-State Circuits에 발표했으며, "비트-대-안테나(bits-to-antenna)" 송신기와 "안테나-대-비트(antenna-to-bits)" 수신기라는 두 논문으로 제시했습니다.
주 저자인 지송 왕(Zisong Wang)은 대학 출판물에서 "연방통신위원회(Federal Communications Commission)와 6G 표준 기구들은 100기가헤르츠 스펙트럼을 새로운 핵심 영역으로 보고 있습니다. 하지만 이러한 속도를 구현하는 기존의 디지털-아날로그 변환기(DAC) 기반 송신기는 구조가 극도로 복잡하고 전력 소모가 커서, 저희가 'DAC 병목 현상(DAC bottleneck)'이라 부르는 근본적인 문제에 직면해 있습니다."라고 지적했습니다. 이에 연구팀은 DAC를 세 개의 동기화된 서브 트랜스미터(sub-transmitters)로 대체하여, 작동에 단 230 밀리와트(milliwatts)만을 소모하는 데 성공했습니다.
만약 120 Gbps에 대응하는 DAC를 사용한다면 수 와트(watts)의 전력이 소비되어 스마트폰이나 기타 모바일 기기에는 부적합합니다. UC 어바인 나노 규모 통신 집적회로 연구소(Nanoscale Communication Integrated Circuits Labs)의 파얌 헤이다리(Payam Heydari)는 "전통적인 방식을 고수한다면, 차세대 장치는 몇 분 만에 배터리 수명이 고갈될 것"이라며, "저희 그룹의 해결책은 전력 소모가 큰 디지털 영역을 거치지 않고, 아날로그 영역에서 복잡한 계산을 수행함으로써 현재의 한계를 뛰어넘는 트랜시버입니다."라고 설명했습니다.
[참고된 기술 동향]
- 유럽: 지상 정지 위성과 항공기 간 기록적인 기가비트 초당 데이터 전송 성공
- 광학 장치: 빛을 매개로 최대 25 Gbps 속도, 최대 25km 범위에서 초저지연 전송 가능
- 일본 기업: 4배 트래픽 용량을 갖춘 광섬유 개발, 해저 케이블에 활용 가능성 제시
연구진은 효율성 외에도, 개발된 실리콘이 TSMC와 삼성의 최첨단 2nm 및 18A 노드보다 제조가 훨씬 용이한 22nm 노드에서 제작되었으며, 완전 고갈 실리콘-절연체(fully depleted silicon-on-insulator) 기술을 사용했다고 밝혔습니다. 이로 인해 대량 생산이 매우 쉽고 비용 효율적일 것으로 기대되어, 소비자 기기에서의 신속한 채택이 기대됩니다. 또한, 이 기술은 데이터 센터에 필수적인 장거리 케이블링의 적절한 대안이 되어, 설치 및 운영 비용을 절감하는 데 도움을 줄 것이라고 강조했습니다.
하지만 이 기술도 해결해야 할 과제가 있습니다. 현재 5G mmWave 기술은 최대 71 GHz까지 전송 가능하며 약 300미터의 범위에 머무르는 실정입니다. 따라서 이 고속 무선 기술 역시 이보다 좁은 전파 범위에 그칠 것으로 예상됩니다. 고속 무선 기술의 도달 범위를 확장할 수 있는 새로운 혁신이 등장하지 않는 한, 도시 곳곳에 고속 기지국이 밀집하는 형태의 미래가 펼쳐질 수 있습니다.