NVIDIA는 실리콘 포토닉스를 NVIDIA Quantum 및 Spectrum 스위치 IC에 직접 통합하며 새로운 기술적 진보를 이뤄내고 있습니다. GTC 2025에서는 최첨단 200G SerDes 기술을 기반으로 한 세계 최고 수준의 실리콘 포토닉스 스위치 시스템을 공개했습니다. ‘코패키지 실리콘 포토닉스(Copackaged Silicon Photonics)’로 불리는 이 혁신적인 기술은 기존 플러그형 광 트랜시버 대비 전력 소비를 3.5배 줄이고, 지연 시간을 단축하며, 네트워크 복원력을 획기적으로 향상시킵니다. 이는 대규모 AI 모델의 학습 및 추론을 가속화하는 데 있어 핵심적인 이점을 제공합니다.
코패키지 실리콘 포토닉스란?
코패키지 실리콘 포토닉스는 하드웨어 통합 기술의 진화된 형태입니다. 실리콘 포토닉스 기반 광 트랜시버를 스위치 IC와 동일한 패키지 내에 직접 통합함으로써, NVIDIA는 다음과 같은 성과를 달성할 수 있습니다:
- 전력 소비 절감:
기존 플러그형 트랜시버 대비 최대 3.5배 낮은 전력 소비를 실현합니다. 이 기술은 외부 DSP를 제거하고 신호 전송 거리를 인치 단위에서 밀리미터 단위로 줄여, 전력 효율을 비약적으로 높입니다. 이를 통해 차세대 에이전트형 AI의 요구를 충족할 수 있는, 더 조밀하고 지속 가능한 AI 인프라를 구축할 수 있습니다. - 부품 수 감소:
통합된 설계는 제조 공정을 간소화하고, 고장 가능성을 낮춥니다. 광학 부품을 패키지에 직접 포함시킴으로써 기존 트랜시버에서 흔히 발생하는 다수의 소형 부품에 대한 조달, 조립, 테스트의 복잡성을 줄일 수 있습니다. - 성능 향상:
광학 부품이 스위치 ASIC과 동일한 패키지 내에서 설계 및 테스트되기 때문에, 신호 저하가 최소화됩니다. 별도의 DSP 없이도 고속 데이터 처리가 가능하며, 이에 따라 지연 시간과 전력 소비를 모두 줄일 수 있습니다. - 데이터센터 운영 간소화:
구성 요소가 간단해지면서 시스템 배포 속도는 빨라지고, 유지보수 역시 훨씬 수월해집니다.
NVIDIA 실리콘 포토닉스 기반 스위치의 주요 장점
NVIDIA의 실리콘 포토닉스 네트워킹 스위치는 최신 데이터센터에 다음과 같은 탁월한 이점을 제공합니다:
낮은 전력 소비
기존 트랜시버는 별도의 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하며, 이로 인해 상당한 전력을 소모합니다. 예를 들어, 1.6Tbps 트랜시버의 경우 약 30와트를 소비하며, 이 중 절반 이상이 DSP에 의해 사용됩니다.
NVIDIA의 통합 실리콘 포토닉스 기술을 적용하면 기존 트랜시버 대비 최대 3.5배까지 전력 소비를 줄일 수 있어, AI 데이터센터 운영에 있어 장기적으로 큰 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.
네트워크 가동 시간 및 안정성 향상
기존 트랜시버에서 장애가 발생할 경우, 문제를 해결하고 수리하는 데 수작업으로 수 시간이 소요될 수 있습니다.
반면, 코패키지 실리콘 포토닉스는 더 단순한 설계와 적은 수의 부품을 기반으로 하여 트랜시버 고장 가능성을 대폭 낮춥니다. 이러한 통합 아키텍처는 AI 데이터센터의 다운타임을 최소화하고 네트워크 복원력을 강화하며, 중단 없는 AI 학습과 추론을 위한 안정적인 네트워크 운영을 가능하게 합니다.
지연 시간 단축 및 신호 무결성 향상
NVIDIA 실리콘 포토닉스는 광 신호 전송을 스위치 IC 패키지에 직접 통합함으로써 구성 요소 수를 줄이고, 신호 경로를 대폭 단축하여 신호 무결성을 크게 향상시킵니다. 기존 트랜시버 기반 스위치에서는 신호가 인쇄 회로 기판이나 구리선을 통해 14~16인치 가량 이동해야 하므로, 그 과정에서 손실이 발생할 수 있습니다. 반면, 실리콘 포토닉스를 적용한 설계에서는 신호 경로가 0.5인치 미만으로 줄어들어, 신호 저하 가능성이 현저히 감소합니다.
또한 트랜시버 기반 스위치는 신호 손실을 보정하기 위해 DSP(디지털 신호 프로세서)에 의존하기 때문에, 필연적으로 지연 시간이 길어집니다. 반면, 실리콘 포토닉스를 스위치 IC에 직접 통합하면 이러한 추가적인 신호 처리 과정이 필요 없어 지연 시간이 줄어들고, 네트워크 효율성이 향상됩니다. 이는 고속 AI 워크로드 처리와 최신 데이터센터 성능 확보에 핵심적인 요소로 작용합니다.
더 빠른 배포
코패키지 실리콘 포토닉스를 활용하면 시스템 설치가 단순화되어, 마치 ‘개봉 후 즉시 설치’할 수 있는 수준의 프로세스로 구현됩니다.
그 결과, 플러그형 트랜시버 기반의 유사 시스템에 비해 약 1.3배 빠르게 구축할 수 있습니다.
손쉬운 현장 유지보수
고장이 발생했을 경우를 고려해, 가장 고장이 잦은 구성 요소인 레이저는 스위치 전면 패널에서 쉽게 접근 가능한 외부 레이저 소스(ELS) 플러그형 OSFP 모듈에 배치되어 있습니다. 이를 통해 빠른 진단과 간편한 교체가 가능하도록 설계되었습니다.
혁신 스토리: 협업을 통한 기술 진보
코패키지 실리콘 포토닉스 기술은 수백 건의 특허와 다양한 에코시스템 혁신 파트너와의 긴밀한 협력을 통해 완성된 결과입니다. 약 4년에 걸쳐 진행된 이 공동 개발 프로젝트는 NVIDIA의 지속적인 기술 리더십을 보여줍니다.
2016년부터 시작된 협업을 통해 NVIDIA는 기술의 한계를 지속적으로 확장해왔으며, AI 네트워킹에 요구되는 가장 엄격한 업계 표준과 사양을 정립해왔습니다.
실리콘 포토닉스 CPO 제조, 패키징 및 테스트
- TSMC
TSMC의 COUPE(Compact Universal Photonic Engine) 공정은 3D 칩 온 웨이퍼 및 칩 스택 패키징 기술을 기반으로, 전자 집적 회로(EIC)와 실리콘 포토닉 집적 회로(PIC)를 통합합니다. - SPIL
SPIL은 웨이퍼 범핑, 정렬, 조립, 그리고 NVIDIA CPO 멀티칩 모듈의 테스트 등 고도의 통합 어셈블리 패키징 분야에서 잘 알려져 있습니다.
ELS 레이저 및 하위 어셈블리
- Lumentum, Sumitomo와 Coherent
이들 공급업체는 실리콘 포토닉스 엔진에 사용되는 ELS 조립, 정밀 광학 정렬, 테스트 작업을 제공합니다.
광섬유, 커넥터 및 마이크로 광학
- Browave, Corning, Senko, TFC Communication, Coherent
이 파트너들은 ELS 레이저를 편광에 정렬하고, 실리콘 포토닉스 엔진에 광섬유를 연결하며, 데이터센터 전면 패널로 광 신호를 출력하는 데 필요한 광 커넥터 및 광섬유 어셈블리 전문 역량을 보유하고 있습니다.
스위치 패키징
- Foxconn과 Fabrinet
이 파트너들은 시스템 수준의 CPO 어셈블리 및 테스트뿐만 아니라, 스위치-CPO 어셈블리와 하위 어셈블리를 스위치 섀시에 통합하는 데 있어 높은 수준의 전문성을 제공합니다.
결론
NVIDIA의 실리콘 포토닉스 기반 네트워크 스위치는 데이터센터 네트워킹의 패러다임을 근본적으로 전환하고 있습니다. 광 트랜시버를 스위치 IC에 직접 통합함으로써, 기존 대비 최대 3.5배 낮은 전력 소비, 지연 시간 최소화, 우수한 네트워크 복원력을 실현하며, 이러한 기술적 혁신은 차세대 AI 애플리케이션을 원활히 구동하기 위한 핵심 기반이 됩니다. 또한, 더 빠른 구축 속도, 단순화된 아키텍처, 향상된 시스템 안정성을 바탕으로 NVIDIA는 기술 진보를 넘어, 고속∙지속 가능∙확장 가능한 데이터센터 인프라의 새로운 기준을 제시하고 있습니다. 성능과 효율성이 조화를 이루는 이 혁신은 AI의 발전 속도를 가속화할 뿐 아니라, 미래 세대를 위한 컴퓨팅 환경을 새롭게 정의하는 데 기여하고 있습니다.
NVIDIA 실리콘 포토닉스에 대해 더 자세히 알아보세요.
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