[CBC뉴스] 인공지능 데이터센터의 규모가 커지면서 광통신 연결 구조도 빠르게 바뀌고 있다. 기존 플러거블 광모듈 중심의 연결 방식에서 광엔진을 스위치 칩 가까이 배치하는 NPO, 더 나아가 스위치 패키지와 광학 기술을 결합하는 CPO까지 여러 방식이 동시에 발전하는 흐름이다.

루멘텀은 최근 AI 데이터센터의 스케일아웃 네트워크 확대로 광연결 기술이 단일 방식으로 전환되는 것이 아니라 여러 구조가 병존하는 단계에 들어섰다고 진단했다.

스케일아웃 네트워크는 데이터센터 내부에 배치된 다수의 가속기와 xPU를 랙과 랙, 클러스터 단위로 연결해 하나의 작업을 동시에 수행하도록 하는 구조다.

AI 학습과 추론에 투입되는 반도체 수가 늘어나면서 수천 개에서 많게는 10만 개 이상의 가속기가 하나의 네트워크 안에서 데이터를 주고받는 환경이 형성되고 있다.

이에 따라 데이터센터 내부의 이른바 동서 방향 트래픽 규모도 기존 클라우드 환경과는 다른 수준으로 확대되고 있다.

루멘텀은 최근 102.4T급 스위치 ASIC을 활용할 경우 두 단계의 스위치 구조만으로 약 12만8000개의 가속기를 연결할 수 있다고 설명했다. 네트워크 단계를 줄이면 데이터 이동 과정에서 발생하는 지연 시간을 낮추는 데 유리하다.

반면 처리해야 할 데이터가 늘면서 광통신 포트 밀도와 소비전력, 발열 관리 부담은 함께 커지고 있다.

특히 AI 학습 과정에서는 다수의 가속기가 동시에 데이터를 주고받는 집단통신이 반복된다. 이 때문에 네트워크 혼잡이나 통신 지연, 링크 오류가 전체 연산 성능에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.

현재 AI 스케일아웃 네트워크에서는 1.6T급 플러거블 광모듈이 활용되고 있으며 200Gbps급 레인 기술의 양산이 확대되는 단계다. 차세대인 400Gbps급 레인 기술도 개발되고 있다.

루멘텀은 AI 확산이 광통신의 기본 원리를 바꾼 것은 아니라고 설명했다.

낮은 비트 오류율과 대량생산 능력, 온도 변화에 따른 안정적인 성능, 비트당 비용 절감 등 기존 광통신 기술의 핵심 요건은 그대로 유지되고 있다.

달라진 부분은 데이터센터가 요구하는 전체 대역폭과 광포트 밀도다. 같은 랙 안에서 더 많은 데이터를 처리해야 하는 동시에 전력 소비와 냉각 능력은 제한돼 있기 때문이다.

시장조사업체 라이트카운팅 전망에 따르면 AI 스케일아웃과 스케일업 네트워크는 2026년부터 2031년까지 출하되는 고속 광인터커넥트의 약 80%를 차지할 것으로 예상된다.

광연결 기술의 진화도 한 번에 진행되는 형태는 아니다.

기존 100G 이하 기술과 100G급 레인 구조가 여전히 폭넓게 사용되는 가운데 200G급 레인 기반 플러거블 제품이 현재 세대의 중심으로 자리 잡고 있다. 이 기술은 1.6T급 연결로 넘어가는 핵심 단계로 평가된다.

그 다음 단계로는 NPO가 거론된다.

NPO는 광엔진을 스위치 ASIC 가까이에 배치하면서도 모듈 교체와 유지보수가 가능하도록 설계하는 방식이다.

CPO는 광엔진을 스위치 패키지 내부 또는 매우 가까운 위치에 통합하는 기술로, 전기 신호가 이동해야 하는 거리를 줄이고 전면 패널의 공간 문제와 전력 소비 한계를 낮추는 데 초점이 맞춰져 있다.

루멘텀은 플러거블에서 곧바로 CPO로 이동하는 방식보다는 각 기술이 용도에 따라 상당 기간 함께 사용될 가능성이 높다고 보고 있다.

라이트카운팅은 CPO가 스케일업보다 스케일아웃 네트워크에서 먼저 도입될 가능성이 있다고 전망하고 있다. 다만 이번 10년의 남은 기간 동안에는 플러거블 광모듈이 스케일아웃 트래픽의 상당 부분을 계속 담당할 것으로 예상된다.

루멘텀은 이 같은 변화에 맞춰 여러 광연결 구조에 대응할 수 있는 제품군을 확대하고 있다.

플러거블 광모듈에 사용되는 핵심 광원 중 하나는 EML이다.

루멘텀에 따르면 회사의 EML 출하량은 2020 회계연도 이후 8배 이상 증가했다. 회사는 2026 회계연도 말까지 EML 생산능력을 추가로 50% 이상 확대하겠다는 계획도 제시했다.

NPO와 CPO에 활용되는 실리콘 포토닉스 구조에서는 광원과 변조기가 분리된다.

이 경우 연속파 방식의 CW 레이저가 일정한 빛을 공급하고 별도의 변조기가 데이터 신호를 입힌다. 루멘텀은 자체 인듐인화물 생산시설을 활용해 관련 CW 레이저를 공급하고 있다.

광엔진이 스위치 ASIC에 더 가까워질 경우에는 레이저를 광엔진 밖으로 분리하는 구조도 활용된다.

외부 레이저 소스 방식은 레이저에서 발생하는 열을 ASIC 패키지와 분리하는 동시에 고장이 발생했을 때 레이저 자체를 교체할 수 있다는 장점이 있다.

루멘텀은 이를 위해 초고출력 UHP 레이저 플랫폼을 개발하고 있다.

회사 측이 공개한 성능 자료에 따르면 해당 플랫폼은 섭씨 50도 환경에서 350mW 이상의 광출력을 기록했으며 전력변환효율은 20% 이상이다. 선폭은 500kHz 이하, 상대강도잡음은 최대 400mW 조건에서 -147dB/Hz 이하로 제시됐다.

AI 광통신 시장의 경쟁에서 핵심 변수는 기술 성능뿐 아니라 생산능력이 될 가능성이 크다.

가속기와 스위치 출하량이 빠르게 늘어나면 광부품 업체 역시 높은 수율과 일정한 성능을 유지하면서 대량 공급할 수 있어야 하기 때문이다.

루멘텀은 플러거블과 NPO, CPO 가운데 하나의 구조에 집중하기보다는 여러 기술 단계에 공통으로 사용되는 레이저와 광소자 공급 능력을 확대하는 전략을 취하고 있다.

결국 AI 데이터센터의 광연결 시장은 특정 기술이 기존 방식을 단번에 대체하는 구조보다는 네트워크 규모와 전력, 발열, 유지보수 조건에 따라 서로 다른 기술이 병행되는 방향으로 전개될 가능성이 높다.

광엔진이 전면 패널에서 스위치 칩 인근으로 이동하고 다시 패키지 내부로 가까워지더라도 빛을 안정적으로 생성하고 고속으로 변조해 손실을 최소화한 채 전달해야 한다는 광통신의 기본 조건은 변하지 않는다.

이에 따라 향후 AI 광통신 시장에서는 특정 연결 방식의 승자를 예측하는 것보다 여러 구조에 대응하면서 대규모 생산능력을 확보한 업체가 경쟁력을 가질 가능성이 커지고 있다.

[AI 데이터센터와 광통신 산업은 기술 개발 속도와 고객사 투자계획, 반도체 및 네트워크 아키텍처 변화에 따라 시장 전망이 달라질 수 있다. 기업이 제시한 생산능력 확대 계획과 기술 성능은 향후 실제 양산 및 수요 상황에 따라 변동될 가능성이 있다. 특정 기업이나 종목의 투자 판단에 앞서 공식 공시와 실적, 사업 진행 상황 등을 종합적으로 확인할 필요가 있다. 본 기사는 특정 종목의 매수·매도를 권유하기 위한 목적이 아니다. AI 조력으로 작성된 기사입니다.]

★ 네티즌 어워즈 투표하러 가기 ▶
★ 전 세계 팬덤의 결집, cbcglobe.com ▶
★ 돈돈돈, 남몰래 혼자 보는 – 돈 되는 뉴스 ▶

▮ CBC뉴스ㅣCBCNEWS 심우일 기자