IDTechEx "구리선 시대 끝난다"…200억 달러 CPO 시장 개막

영국 시장조사업체 IDTechEx는 2026년 9월 14일(현지시각) 백서에서 글로벌 공동 패키징 광학(CPO) 시장 규모가 2036년 200억 달러(약 27조 4220억 원)를 넘어선다고 전망했다.

보고서는 스위치 반도체와 광학 엔진을 직접 결합하는 패키징 기술이 신호 손실을 억제하면서 연평균 37% 성장세를 기록한다고 분석했다. 대규모 인공지능(AI) 연산 클러스터에서 구리선 전송 한계가 드러나자, 광학 인터커넥트 기술이 한국 메모리와 파운드리 후공정 생태계의 새 변수로 떠올랐다.


데이터센터 네트워크는 전면 패널에 광케이블을 꽂는 플러그형 모듈 방식을 써 왔다. 이 구조는 스위치 주문형반도체(ASIC)와 광학 엔진 사이에 긴 인쇄회로기판(PCB) 구리 배선을 배치해야 한다. 전송 속도가 빨라질수록 전기 신호 감쇠와 발열이 심해져 전력 소모가 가파르게 증가하는 물리 제약에 부딪혔다.
CPO는 광학 엔진을 스위치 실리콘 바로 곁에 패키징해 구리 신호선 길이를 획기적으로 줄이는 해법이다. IDTechEx는 고성능 네트워크 스위치 환경에서 CPO 방식을 도입하면 전력 효율을 최대 25% 개선할 수 있다고 분석했다. 이를 구현하려면 2.5D 인터포저, 실리콘 관통 전극(TSV), 10마이크로미터 미만 피치를 구현하는 3D 하이브리드 본딩 공정이 필수 기반으로 꼽힌다.

엔비디아는 GTC 2025에서 CPO 기반 네트워크 스위치 플랫폼인 스펙트럼-X 포토닉스와 퀀텀-X 포토닉스를 공개했다. 해당 플랫폼은 TSMC의 3D 패키징 공정인 SoIC-X 기술을 바탕으로 이종 소자 간 저항과 지연시간을 단축했다. 브로드컴도 TSMC의 COUPE 플랫폼을 도입하면서 3D 통합 광학 패키징 생태계 결집에 속도가 붙었다.


CPO 시장 성장은 초고속 네트워크 스위치 부문이 견인할 전망이다. 스위치 1대당 최대 16개의 광학 집적회로(PIC) 칩렛이 장착될 수 있어 패키징 단위 수요가 크다. 방대한 데이터를 분산 처리해야 하는 초대형 데이터센터를 중심으로 스위치 칩과 광학 소자의 통합 채택이 집중되고 있다.

AI 가속기 부문 광학 인터커넥트는 전체 CPO 시장의 약 10% 비중을 형성할 것으로 집계됐다. AI 가속기 1기당 통상 1개의 광학 인터커넥트 PIC가 결합돼 초고속 연산 칩 간 병목 없는 데이터 교환을 보조한다.

반면 미세 광학 소자의 양산 수율 안정화는 시장 안착의 걸림돌이다. 수만 개 광 채널을 미세 정렬해야 하므로 조립 공정 난도가 높고 고장 시 개별 부품만 교체하기 어렵다. 플러그형 모듈이 유지보수 편의성과 초기 단가 측면에서 지닌 경쟁력을 CPO가 생산 수율로 넘어서야 하는 과제가 남아 있다.

광학 인터커넥트의 부상은 대역폭 확장을 추진하는 한국 메모리 반도체 밸류체인에 직접적인 공정 진화를 요구한다. 엔비디아와 TSMC가 주도하는 CPO 연합 전선이 확고해지면서 초고속 통신 규격이 보드 전체로 확산하는 흐름이다. 차세대 고대역폭메모리(HBM)와 CXL 인터페이스 역시 D램 다이와 컨트롤러를 빛으로 연결하는 광학 메모리 아키텍처 연구로 닿아 있다.

삼성전자는 첨단 패키징 솔루션 협의체에서 광학 통합 플랫폼 기술을 검토해 왔으며, SK하이닉스는 2026년 8월 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스를 통해 메모리 모듈에 광 인터커넥트를 적용하는 기술 로드맵을 발표했다. 다만 한국 주요 반도체 제조사의 CPO 전용 패키징 라인 설비투자 규모나 양산 계약 수치는 공식 공시되지 않았다.

시장 안착을 가를 핵심 변수는 광학 소자 수율 안정화와 표준화 속도다. 광섬유 정렬 오차를 줄이는 테스트 장비와 특수 패키징 소재의 공급망 진입 여부가 생태계 주도권을 가를 기준점으로 작용한다. 기존 플러그형 기술이 전력 효율을 보완해 시장 수명을 연장하거나 CPO 패키징 공정 비용이 내려가지 않는다면 시장 전환 일정은 예상보다 늦춰질 수 있다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com