AI데이터센터, 상호연결망 광반도체 전환

인공지능(AI) 데이터센터의 상호연결(Interconnect) 기술이 전력 소비와 신호 지연 문제를 극복하고자 오는 2031년까지 광학 기반으로 대거 전환될 전망이다.

세미컨덕터 엔지니어링(Semiconductor Engineering)은 7월 28일(현지시간) 실리콘 포토닉스(SiPho)와 인듐인(InP) 소재 기반 기술이 차세대 하드웨어 생태계를 바꿀 핵심 분야로 조명받고 있다고 보도했다.


AI 추론 수요 급증에 따라 처리해야 할 토큰 수도 폭발적으로 늘고 있다. 엔비디아의 AI 컴퓨팅 주문 대기 잔량은 전년도 5억 달러(약 7234억 원)에서 최근 1조 달러(약 1446조 9000억 원) 규모로 증가했다. 앤트로픽과 오픈AI의 연간 환산 매출도 각각 250억 달러(약 36조 1600억 원) 수준에 도달했다.
전력 제한에 직면한 하이퍼스케일러 기업들은 동일 전력 대비 처리량을 높이고자 공동 패키징 광학(CPO) 기술 도입을 서두르고 있다. CPO는 기존 플러그형 트랜시버를 대체하며 효율을 크게 향상시킨다.

엔비디아는 2027년에서 2028년 사이 페인만 NVLink 8 CPO 스위치를 도입할 계획이다. 초기 스케일업 단에서는 랙 내부 구리선과 랙 간 광학 연결이 병행될 수 있다.


엔비디아와 브로드컴은 TSMC의 광학 엔진 기술인 COUPE를 활용해 CPO 초기 생산을 시작했다. 광학 칩은 65나노미터 공정으로 제작한다. 제어용 전기 회로 칩은 7나노미터 공정으로 제작해 3D 스태킹 구조로 결합한다. 엔비디아 자료 기준 신호 손실은 1데시벨 수준에 그친다.

아야 랩스는 위윈과 협력해 상호연결망을 광학 기술로 구현한 서버 랙 시제품을 공개했다. 이 시스템은 고대역폭 데이터 전송에 구리선 대신 광섬유 케이블을 사용한다. 인텔과 마벨 및 라이트매터도 시장 경쟁에 참여하고 있다.

구글이 선도적으로 도입한 광회로 스위치(OCS)는 데이터센터 스위칭 레이어 전반으로 쓰임새를 넓히고 있다. OCS는 신호 지연을 줄이고 스위칭 전력을 40% 절감한다. 시그널AI는 OCS 관련 시장 규모가 향후 30억 달러(약 4조 3374억 원)를 넘어설 것으로 예상했다. 구글은 OCS 랙을 통해 최대 9216대의 TPU를 하나의 슈퍼포드로 확장하는 구조를 구축했다.

장비 공급사인 루멘텀은 최근 단일 고객사와 10억 달러(약 1조 4458억 원) 규모의 공급 계약을 체결했다. 실리콘 포토닉스 기반 OCS 분야에서는 아이프로닉스와 엔아이 및 살리엔스 랩스가 기술 혁신을 이끌고 있다.

엔아이는 칩 수준에서 약 1마이크로초 만에 회로를 전환하는 기술을 시연했다. 아이프로닉스는 32채널 OCS 스위치를 공급한 데 이어 최대 1536개 포트를 제공하는 모듈형 OCS를 개발 중이다.

CPO와 OCS를 중심으로 한 광학 기술의 상용화는 AI 데이터센터의 전력 효율을 대폭 개선할 것으로 예상된다. 다만 초기 제조 수율 확보와 광원 모듈의 신뢰성 검증은 향후 기술 정착의 주요 변수가 될 것으로 보인다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com