차세대 AI 네트워크 장비에 적용될까?··· ‘구리-to-옵틱’ 기술에 쏠리는 관심

네트워크 장비 업체들이 AI 및 고성능 컴퓨팅이 요구하는 대역폭, 전송 속도 및 지연 시간 요구사항에 대응하기 위해 분투 중인 가운데, 구리 연결과 광학 기술을 결합하는 아이디어가 주목받고 있다. 스위치, GPU 및 기타 연결 장비의 고속 연결 옵션을 확대할 수 있기 때문이다.

코-패키지드 구리(CPC) 또는 코-패키지드 케이블로 알려진 이 기술의 기본 개념은 ASIC에서 직접 구리 케이블을 꺼내 광섬유와 연결하는 것이다. 이더넷 얼라이언스 의장인 피터 존스에 따르면, 이 기술은 AI 가속기 및 칩렛 내 초단거리 인터커넥트에 대한 잠재적 솔루션으로 연구되고 있다. (참고: 2025년 이더넷 로드맵으로 본 차세대 네트워크 발전 방향)

존스는 “CPC에 대한 관심이 매우 높다. 현재는 실험 단계이지만, 특히 AI 가속기 및 칩렛 내 초단거리 인터커넥트 솔루션으로 잠재적 미래 기술로 탐구되고 있다”라고 설명했다.

오늘날 문제 하나는 구리가 신호를 짧은 거리(약 4미터)만 전달할 수 있다는 점이다. 반면 직결형 광 패키지는 레이저의 강도에 따라 수 킬로미터 거리까지 최적화될 수 있다. 이를 해결하기 위한 연구가 현재 진행되고 있다.

전문가들은 CPC의 주요 장점으로 ASIC 신호 무결성 개선과 채널 손실 감소 가능성을 꼽으며, 이러한 특징이 차세대 라인 속도(400G/차선)를 위한 더 긴 전기 인터커넥트를 가능하게 할 것으로 기대하고 있다. 즉 현재 진행 중인 200G/차선 시스템 배포에는 CPC가 필요하지 않다. 미래 400G 인터커넥트를 위한 미래 지향적 패키지 기술에 해당한다.

디자인콘(DesignCon), OFC에서의 CPC

브로드컴과 삼텍(Samtec)은 최근 산업 행사인 디자인콘(DesignCon)과 광섬유 통신 컨퍼런스(OFC)에서 CPC 기술을 시연했다. 마벨(Marvell)과 암페놀(Amphenol)도 OFC에서 CPC를 시연했다.

브로드컴의 시연과 후속 세션은 채널 모델링과 시뮬레이션을 통해 CPC의 추가 개발이 신호 무결성 페널티 감소와 전송 거리 연장 등 혜택을 제공할 수 있음을 제시했다. 브로드컴은 디자인콘 행사에 대한 블로그에서 다음과 같이 설명했다.

“실험 결과 CPC의 성공적인 구현이 확인됐다. 이는 데이터센터의 대역폭 및 신호 무결성 문제를 해결하는 데 필수적인 AI 응용 프로그램에 대한 잠재력을 입증했다.”

브로드컴과 삼텍은 CPC에 대한 백서도 공동 작성했으며, 다음과 같이 명시했다: “공동 패키징 연결성(CPC)은 [인쇄 회로 기판(PCB)] 및 패키지에서 손실과 반사 페널티를 제거할 수 있는 기회를 제공한다. 고속 I/O가 패키지 상단에서 케이블로 연결될 경우 고급 PCB 재료가 필요하지 않다. 패키지 수직 경로와 PCB 라우팅에서 발생하는 손실은 케이블의 더 긴 도달 범위로 이전될 수 있다.”

“고도로 복잡한 시스템이 I/O 수와 도달 거리를 확장해야 하는 과제에 직면한 가운데, 코-패키지드 커넥티비티는 기회를 제시한다. 224G-PAM4(광학 기술을 사용하여 광학 레인당 224 기가비트 초당 데이터 속도를 지원하는 기술) 이상으로 접근함에 따라 시스템 손실과 지배적인 노이즈 소스는 시스템 아키텍트들이 수년간 시스템 뒷부분에서 제한해 온 것을 재고해야 할 필요성을 제기한다: 패키지에 직접 연결한다면 어떨까?”

OFC에서 삼텍은 Si-FlyHD 공동 패키징 케이블 어셈블리와 삼텍 플라이오버(Samtec Flyover) OSFP(Octal Small Form-factor Pluggable)를 삼텍 아이 스피드 하이퍼 로우 스큐(Eye Speed Hyper Low Skew) 트윈액스 구리 케이블 위에 시연했다. 플라이오버는 삼텍의 독점 기술로, 전통적인 인쇄 회로 기판(PCB)을 통해 고속 신호를 전송할 때 발생하는 신호 무결성 및 범위 제한을 해결하기 위해 개발된 것이다.

삼텍은 “이 평가 플랫폼은 브로드컴의 업계 선도적인 200G SerDes 기술과 삼텍의 코패키지 플라이오버 기술을 결합했다. Si-Fly HD CPC는 업계 최고 수준의 풋프린트 밀도와 견고한 인터커넥트를 제공하며, 95 x 95 mm 칩 서브스트레이트에 102.4T(200G에서 512 레인)를 구현한다”라고 기술하고 있다.

코-패키지드 구리 vs. 코-패키지드 옵틱스

마벨과 시스코와 같은 다른 업체들도 CPO 기술과 미래 발전 방향을 탐색 중이다.

시스코의 마크 노웰 펠로우는 “SerDes 속도가 계속 증가한다는 점에서 코-패키지드 구리(CPC) 기술은 스위치 아키텍처 유연성을 제공하는 흥미로운 접근 방식이다. 우리는 이를 플러그인 모듈 기반 솔루션을 계속 지원하기 위한 접근 방식으로 본다. 시스코는 이 기술이 고속, 고밀도 스위치 설계에서 ASIC과 플러그인 모듈 간의 채널 손실을 줄일 수 있다는 점에 주목해왔다”라고 말했다.

전문가들은 CPC 제품이 코패키지드 광학 기술(CPO)이나 근접 패키징 광학(NPO)과 경쟁 제품이라기보다는 고속 네트워킹 장비 개발과 관련된 기술로 보고 있다. NPO 기술에서는 광 트랜시버가 스위치 ASIC, GPU, CPU와 같은 고속 전자 칩과 동일한 회로 보드에 배치되지만, 밀접하게 위치한 별도의 패키지에 들어간다.

노웰은 “CPC 기술과 CPO 기술은 별개의 기술이다. 우리는 이를 인접 기술로 간주한다”라고 말했다.

델오로 그룹의 부사장인 사메흐 부젤베네는 “코패키지드 구리가 AI 데이터센터의 인트라랙 또는 칩 간 인터커넥트와 같은 특정 고속 인터커넥트 응용 분야에서 코패키지드 광학의 신흥 대안으로 부상하고 있다”라며, “예를 들어, 코패키지드 ASIC과 SerDes를 연결하거나 분산형 인프라에서 컴퓨팅 가속기(XPUs)와 메모리 모듈을 연결하는 데 사용할 수 있다. 이는 CPO보다 낮은 지연 시간, 낮은 전력 소비, 낮은 비용을 제공한다”라고 말했다.

즉 CPC와 CPO는 서로 다른 요구사항을 충족시키고 다른 인터커넥트를 대상으로 하며, CPC와 근접 패키징 광학(NPO)은 보완적이다. CPC를 사용하면 패키지 내 신호를 전기적으로 추출해 보드 상의 패키지 근처에 위치한 NPO에 연결할 수 있다. 업계 전문가들은 또 CPC와 NPO가 CPO에 비해 자본 지출(CapEx, 부품 비용)과 운영 비용(OpEx, 전력 소비) 측면에서 더 높은 비용이 소요될 것으로 전망하고 있다.

광학 구성 요소를 스위치 ASIC에 직접 통합한 CPO 장비는 현재 광학 커뮤니티에서 큰 관심을 받고 있지만, 대규모 네트워크 구축에 사용되는 많은 네트워크 제품에서 이 기술은 아직 널리 사용되지 않고 있다.

IEEE는 지난해 통신 분과(ComSoc) 블로그에서 “CPO를 개발 중인 기업과 기관들은 적합한 전자 부품 개발에서 큰 진전을 이뤘다. 마침내 처음으로 스위치 박스에 수백 미터의 광섬유가 포함되며, 패널 연결은 전례 없는 밀도를 갖게 될 것이다. 결과적으로 광학 시스템 솔루션의 설계와 개발은 CPO의 성공에 결정적인 요소로 작용할 것”이라고 밝혔다.
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