광전자 공동 패키징 기술을 활용한 대용량 데이터 전송 문제 해결 (1부)

사용광전자대용량 데이터 전송 문제를 해결하기 위한 코패키징 기술

컴퓨팅 성능의 고도화에 힘입어 데이터 양이 급격히 증가하고 있으며, 특히 AI 대규모 모델 및 머신러닝과 같은 새로운 데이터 센터 비즈니스 트래픽은 엔드 투 엔드 및 사용자에게 전달되는 데이터의 증가를 가속화하고 있습니다. 이러한 대규모 데이터는 모든 방향으로 신속하게 전송되어야 하며, 급증하는 컴퓨팅 성능과 데이터 상호 작용 요구에 맞춰 데이터 전송 속도 또한 100GbE에서 400GbE, 나아가 800GbE까지 발전해 왔습니다. 회선 속도가 증가함에 따라 관련 하드웨어의 보드 레벨 복잡성이 크게 증가했으며, 기존의 I/O 방식으로는 ASIC에서 프런트 패널로 고속 신호를 전송하는 다양한 요구 사항을 충족할 수 없게 되었습니다. 이러한 상황에서 CPO 광전자 코패키징에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

데이터 처리 수요 급증, CPO광전자공동 밀봉 주의

광통신 시스템에서 광 모듈과 AISC(네트워크 스위칭 칩)는 별도로 패키징되어 있으며,광학 모듈이 장치는 스위치의 전면 패널에 플러그형 모드로 연결됩니다. 플러그형 모드는 낯선 방식이 아니며, 많은 기존 I/O 연결이 플러그형 모드로 함께 연결됩니다. 플러그형 모드는 기술적으로 여전히 우선시되는 방식이지만, 고속 데이터 전송 시 몇 가지 문제점이 드러납니다. 데이터 처리 속도가 더욱 빨라질수록 광 장치와 회로 기판 간의 연결 길이, 신호 전송 손실, 전력 소비 및 품질에 제약이 따릅니다.

기존 연결 방식의 한계를 극복하기 위해 CPO 광전자 코패키징(Co-packaged optics, CPO)이 주목받기 시작했습니다. 코패키징 광에서는 광 모듈과 AISC(네트워크 스위칭 칩)가 함께 패키징되고 단거리 전기 연결을 통해 연결되어 소형 광전자 집적화를 실현합니다. CPO 광전자 코패키징은 크기와 무게 측면에서 뚜렷한 이점을 제공하며, 고속 광 모듈의 소형화 및 소형화를 가능하게 합니다. 광 모듈과 AISC가 보드 상에 더욱 집중되어 배치되므로 광섬유 길이를 크게 줄일 수 있으며, 이는 전송 손실을 감소시키는 효과를 가져옵니다.

Ayar Labs의 테스트 데이터에 따르면, CPO 광 공동 패키징은 플러그형 광 모듈에 비해 전력 소비를 절반까지 직접적으로 줄일 수 있습니다. Broadcom의 계산에 따르면, 400G 플러그형 광 모듈에서 CPO 방식은 전력 소비를 약 50% 절감할 수 있으며, 1600G 플러그형 광 모듈과 비교하면 CPO 방식이 훨씬 더 많은 전력을 절감할 수 있습니다. 또한, 더욱 중앙 집중화된 레이아웃은 상호 연결 밀도를 크게 높여 전기 신호의 지연 및 왜곡을 개선하고, 기존 플러그형 방식처럼 전송 속도에 제약을 받지 않게 합니다.

또 다른 중요한 점은 비용입니다. 오늘날 인공지능, 서버 및 스위치 시스템은 극도로 높은 밀도와 속도를 요구하며, 이러한 요구는 급격히 증가하고 있습니다. CPO 코패키징을 사용하지 않으면 광 모듈을 연결하기 위해 수많은 고성능 커넥터가 필요하게 되어 비용이 크게 증가합니다. CPO 코패키징은 커넥터 수를 줄여 BOM(자재 명세서) 비용을 상당 부분 절감할 수 있습니다. CPO 광전 코패키징은 고속, 고대역폭, 저전력 네트워크를 구현하는 유일한 방법입니다. 이 기술은 실리콘 광전 소자와 전자 소자를 함께 패키징하여 광 모듈을 네트워크 스위치 칩에 최대한 가깝게 배치함으로써 채널 손실과 임피던스 불연속성을 줄이고, 상호 연결 밀도를 크게 향상시켜 미래의 고속 데이터 연결을 위한 기술적 기반을 제공합니다.