일본산업뉴스요약

광전 융합에서도 대만 기업이 앞서나
국내 데이터센터 응용이 급선무

데이터센터의 대전력화에 대응하는 '비장의 카드'로 광전 융합 기술이 각광받고 있다. 다만, 개발이나 도입에 적극적인 미국이나 대만과 비교해 일본 기업은 신중해 보인다. 기자는 광전 융합 도입에서 견인차 역할을 하는 것이 데이터센터 사업자라고 생각한다. 하지만 국내 사업자는 아직 관망하고 있는 단계로, 본격적인 도입은 2030년 이후가 될 것으로 보인다. 과제는 높은 도입 비용이다.

데이터센터에 사용되는 전력수요는 AI(인공지능) 수요가 높아지면서 급속히 증대되고 있다. 국제에너지기관(IEA)의 2024년 1월 예측에서는 세계 전체 데이터센터의 1년간 총 전력 소비량은 2026년에 약 1000TWh에 달할 것으로 전망한다. 이것은 “일본 전체의 총 전력 소비량과 거의 같은 규모이다”(IEA). 2030년에는 3배인 약 3000TWh가 될 것으로 예측한다.

그래서 기대를 받고 있는 것이 광전 융합이다. 렉간이나 보드간뿐만 아니라 칩간 데이터 전송에도 적극적으로 빛을 사용한다. 기존의 전기만을 사용한 전송과 비교하면, 에너지 손실이나 열의 발생을 억제해 소비전력을 격감시킬 수 있다.

기본적으로는 신호 배선에서 차지하는 광전송의 비율이 증가할수록 전송 효율은 높아진다. 다만 기술적인 장벽이 있어 각 사가 그 비중을 늘린 기술을 단계적으로 개발하고 있는 상황이다.

예를 들면, 최근 몇 년간 발표가 잇따르는 것이 ‘Co-Packaged Optics(CPO)’이다. IC(집적회로)간의 광배선을 실현한다. 구체적으로는 전기적인 신호를 처리하는 EIC(전기집적회로)와 광학 부품인 PIC(광집적회로)를 동일 기판 위에 집적한다.

CPO의 도입은 세계에서는 시작되고 있다. 예를 들면, 반도체 대기업인 미국 Broadcom은 2024년 3월에 데이터센터 전용의 CPO 제품 ‘Bailly’를 여러 고객에게 납입했다고 발표했다. 미국 인텔도 2024년 3월, 인텔이 ‘Optical Compute Interconnect(OCI)’라고 부르는 광전 융합의 칩렛을 시연했다. OCI라고 부르지만 이것도 CPO이다. 게다가 2024년 9월에는 광전 융합에 관한 얼라이언스 ‘SEMI Silicon Photonics Industry Alliance(SiPhIA)’를 대만 TSMC 등이 제창해 설립하고, 대만 기업 등 30개사 이상이 참가했다는 발표가 있었다.

-- ‘주체적으로 검토하고 있지 않다’ --
최근에 국내 데이터센터 사업자들을 취재할 기회가 있었다. 그 때 “광전 융합 제품을 도입하기 위해 본격적으로 검토하고 있다”라는 등의 말을 들을 수 있지 않을까 하는 은근한 기대가 있었다. 그런데 그 기대는 바로 꺾이고 말았다.

“광전 융합은 10년 이내에는 실현되겠지, 정도의 인상이다”, “주체적으로는 검토하고 있지 않다. 앞으로 보급되면 도입하고 싶다”. 이것들은 국내의 다른 대형 데이터센터 업자에게 광전 융합의 도입에 대해 물었을 때의 응답이다.

그 이유를 물었더니, 모든 기업들이 높은 도입 비용을 과제로 들었다. 광전 융합은 아직 공급망이 충분히 정비되지 않았고 관련 업체도 아직 적다. 광전 융합 제품을 대규모에 저렴하게 도입할 수 있는 환경은 갖추어져 있지 않다. 국내 데이터센터 업자들은 장래 기술이라고 평가한다. “현재 상황은 투자에 대해서 리스크가 높다. 현실과 이상적인 모습에는 갭이 있다”(어느 대형 데이터센터의 간부).

데이터센터 사업자에게 광전 융합은 핍박하는 전력 수요의 고조에 대처하는 하나의 수단에 지나지 않는다. 예를 들면, CPU나 GPU의 냉각방식으로 공랭에서 수랭으로 전환함으로써 전력효율을 높일 수 있다. 아울러 CPU/GPU를 보다 전력효율이 높은 AI 처리 전용 프로세서로 전환하는 수단도 있다.

다만 이들 기업들도 “광전 융합은 어차피 보급될 기술”이라는 생각에서는 공통적이다. 도입을 전망하는 것은 2030년 이후다. 광전 융합 기술의 도입에 대한 정부의 지원금에 기대가 있기 때문이다.

경제산업성은 반도체 전략 중에서, 대만 TSMC의 자회사인 Japan Advanced Semiconductor Manufacturing(JASM)이나 Rapidus(도쿄)의 반도체 공장에 이은 ‘스텝3’로서 광전 융합의 실용화를 설정한다. 스텝3는 2030년 이후로 하고, 패키지 내 광배선 등에 의한 차세대 광데이터센터의 실현을 제시하고 있다.

패키지 내 광배선을 실현하는 기술은 ‘광I/O’라고 불리며, CPO의 다음 단계로 여겨진다. 국내에서는 NTT의 자회사인 NTT 이노베이티브 디바이스가 차세대 정보통신 기반 ‘IOWN’ 구상의 일환으로서 이 기술의 상용화를 2032년에 목표로 한다. 경제산업성이 주도해 NTT 이노베이티브 디바이스 등에 재정 지원해, 데이터센터에 응용하기 위한 자세를 나타낸다.

한편, 일본도 광전 융합의 요소 기술에서는 중요한 기업이 몇 개 있다. 예를 들면, PIC에 광신호를 입출력하기 위해서 사용하는 파이버 어레이 유닛(FAU)은 Senko Advanced의 자회사인 미국 Senko Advanced Components나 스미토모전공이 전개한다. 대만의 시장조사 기관인 이사야 리서치(Isaiah Research)에 따르면, TSMC의 광전 융합 기술은 양사의 제품을 채택하고 있다.

국내 데이터 센터에 본격적으로 광전 융합을 도입하는 것은, 2030년 이후의 경제산업성의 조성금 갹출을 기다리게 될 것 같다. 다만, 기자는 일본이 NTT의 국산 기술 등에서 앞서기 위해서는 그래서는 늦다고 생각한다. “TSMC가 광전 융합 연합을 제창한 배경에는 서플라이 체인의 재구축 검토도 있기 때문이다”(이사야 리서치). 이 연합으로 TSMC가 대만의 부재 업체와, 저가의 FAU를 공동 개발해 일본계 업체에서 바꿔 탈 가능성도 있다. 이러한 사태를 피하기 위해서도 국내 광전 융합 서플라이 체인의 신속한 정비와 국내에서의 수요 창출이 필요할 것이다.

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