일본산업뉴스요약

광전융합으로 변모하는 데이터센터
GPU 간 연결에도 활용

AI(인공지능)의 보급으로 하이퍼스케일러(초대형 클라우드 사업자)가 운영하는 데이터센터 내에서 초당 테라비트(Tbps)급 대용량 데이터 교류의 필요성이 대두되고 있다. 이를 실현하기 위해 최근, 전기 회로가 담당하던 일부를 광 회로로 대체하는 광전융합 도입이 가속화되고 있다. 앞으로 서버 랙 내부에서는 GPU(화상처리 반도체)와 같은 AI 반도체 간 연결에도 광전융합이 활용될 것으로 전망된다.

-- 광전 융합은 이미 보급, 랙 간을 광 케이블로 연결 --
현 데이터센터의 서버 랙은 네트워크 스위치가 계층적으로 연결되어 있는 스위치층으로 구성된 구조로 되어 있다. 네트워크 스위치 간 연결에는 플러그형 광 트랜시버(플러그블)가 사용되며, 광 엔진 1개당 400G~800Gbps로 통신하는 경우가 많다. 랙 내부는 빛이 아닌 구리선을 사용한 전기 전송이 주류이다. 코스트·신뢰성·유지보수성의 측면에서 구리선이 더 우수하기 때문이다.

-- 광전 융합이 GPU 간 연결까지 침투 --
앞으로의 AI 데이터센터에서는 광 엔진 1개당 Tbps급 통신이 반드시 필요하게 될 것이다. 2030년경에는 스위치층에서 1.6T~3.2Tbps, 랙 내부에서 6.4T~12.8Tbps 정도의 광대역 통신이 요구될 것으로 전망된다. 이를 실현하기 위해 현재, 스위치층과 랙 내부에서 광전융합의 최첨단 기술인 Co‑Packaged Optics(CPO) 도입이 추진되고 있다. CPO는 반도체 패키지 간을 광케이블로 연결하는 기술이다. 우선, ToR(Top of Rack) 스위치와 같은 스위치층으로의 도입에서 시작, 신뢰성 및 양산성 향상을 통해 랙 내부의 연산 처리에도 도입될 전망이다.

-- 랙 내부의 광 전송, 신뢰성에서는 구리선이 우세 --
랙 내부의 데이터 전송에서 지금까지 구리선이 사용되어 온 이유는 단거리일 경우, 필요한 전송 속도를 확보할 수 있었기 때문이다. 하지만, 구리선은 장거리 및 광대역 데이터 전송에 적합하지 않아 사용 시 신호 손실이 크게 발생한다. 그래서 전송 거리가 긴 스위치층에서는 초기부터 광 전송이 도입되어 왔다. 광대역 통신에 대한 요구가 높아지면서 전송 거리가 짧은 랙 내부에서도 광 전송에 대한 요구가 나오고 있다.

하지만, 전기 케이블을 넓은 범위에서 광 케이블로 바꾸는 것은 쉽지 않다. 공통적인 문제는 신뢰성이다. NVIDIA 젠슨 황 CEO는 2025년, 자사의 CPO를 발표한 이벤트에서 “규모 확대에는 가능한 한 구리선을 사용해야 한다. 접속성·신뢰성·전력효율성·코스트 측면에서 매우 우수하다.”라고 말했다. 현재 NVIDIA의 CPO 기술은 스위치층을 위한 반도체 제품에만 적용되고 있다. GPU 주변은 아직 구리선이 사용되고 있다.

플러그블이 적용되고 있는 부분도 저전력화와 고속화에 대한 수요로 인해 CPO로의 전환이 요구되고 있지만, 여기에서도 CPO의 신뢰성이 장벽이 된다. 플러그블은 교환이 가능한 구조일 뿐만 아니라, 표준화와 부품 공급망이 확립되어 있어 신뢰성이 높다. 하지만, CPO의 신뢰성에 대한 문제가 점차 해소되고 있어 CPO로의 전환이 진행될 것으로 보인다.

2030년경의 데이터센터에서는 스위치층에 CPO와 플러그블이 모두 사용될 것으로 전망된다. “구조의 유연성 등을 고려해 플러그블을 선택하는 유저가 적지 않으며, 앞으로도 계속 사용할 것이다.”라고 LitAhead Consulting의 다카이(高井) 대표는 광 기술 전시회 ‘InterOpto 2025’의 광전융합 관련 세미나에서 말했다.

랙 내부에서는 데이터 전송 속도 향상 요구에 따라 전기 전송에서 광 전송으로 전환되고 있다. 공간의 문제 때문에 랙 내부에서 광 전송의 주역은 CPO이다. 광전융합 스타트업인 미국 Ayar Labs는 “현재 구리선의 전송 속도는 최대 1m로, 1레인당 200Gbps이다. 이것을 400Gbps로 늘리거나, 200Gbps 그대로 2m로 연장하는 것은 어렵다.”라고 한다. 랙 내부에 CPO가 본격적으로 도입되는 시기는 빨라도 2028년경이 될 것으로 보인다.

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