공동 패키지 광학(CPO) 기술

인공지능(AI)과 머신러닝 워크로드의 기하급수적인 증가는 전 세계 데이터센터 인프라의 패러다임 전환을 주도하고 있습니다. 기존의 구리 기반 인터커넥트가 대규모 GPU 클러스터의 수요를 따라잡는 데 어려움을 겪는 가운데, Co-Packaged Optics(CPO)는 전례 없는 대역폭, 단축된 지연 시간, 그리고 상당한 전력 절감을 제공하는 혁신적인 기술로 부상했습니다. CPO 설계, 제조 및 상용화 분야의 최근 혁신은 전 세계 고성능 컴퓨팅 및 AI 기반 데이터센터의 미래를 새롭게 정의할 것으로 예상됩니다.  

CPO 기술의 부상

CPO는 광 엔진을 스위치 또는 컴퓨팅 칩(ASIC)과 동일한 패키지에 직접 통합하는 고급 패키징 기술로, 기존의 플러그형 광 모듈이 필요 없습니다. 전기 부품과 광학 부품 간의 거리를 줄임으로써 CPO는 신호 손실을 최소화하고 전력 소비를 30~50% 줄이며, 포트당 1.6Tbps에서 3.2Tbps의 더 높은 데이터 전송 속도를 구현합니다. 이러한 혁신은 수천 개의 GPU가 짧은 지연 시간과 높은 대역폭의 통신을 필요로 하는 AI 클러스터에 매우 중요하며, 전기 경로 단축을 통해 지연 시간을 최대 60%까지 단축할 수 있습니다.  

최근의 기술 혁신

실리콘 포토닉스 분야는 최근 CPO 발전의 핵심입니다. Broadcom, NVIDIA, TSMC와 같은 글로벌 업계 선도 기업들은 2.5D 및 3D 패키징 기술을 사용하여 실리콘 기반 광학 엔진과 컴퓨팅 칩을 통합하는 데 있어 상당한 진전을 이루었습니다. 예를 들어, Broadcom의 3세대 CPO 플랫폼은 실리콘 포토닉스와 2.5D 집적 기술을 사용하여 채널당 200Gbps의 속도를 달성하여 이전 세대보다 두 배 향상된 성능을 제공하는 동시에 전력 소비를 절반으로 줄였습니다. TSMC의 COUPE 기술을 활용하는 NVIDIA의 Quantum-X InfiniBand 스위치는 각각 800Gbps 속도의 포트 144개를 지원하여 총 115Tbps의 대역폭을 제공합니다. 또한 이 스위치는 1kW/cm²를 초과하는 열 부하를 관리하기 위해 수냉 시스템을 통합했습니다.  

레이저 소싱 및 광섬유 연결 분야의 혁신 또한 발전을 촉진하고 있습니다. CPO 시스템은 안정성을 보장하고 유지 관리를 간소화하기 위해 외부 레이저 소스에 의존합니다. 편광 유지 광섬유(Polarization-Maintaining Fiber)는 장거리에 걸쳐 레이저 편광 상태를 유지하여 신호 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. Sterlite Technologies Inc.(STI)와 같은 회사는 스위치 내 고밀도 복잡한 라우팅을 위한 굽힘 방지 광섬유를 포함하여 CPO에 맞춰 개발된 특수 광섬유를 개발했습니다.  

고밀도 광섬유 관리 솔루션은 CPO 스위치가 수천 개의 연결을 관리하는 데 필수적입니다. 광섬유 셔플 박스와 MPO/MTP 커넥터는 이제 광섬유 배열을 효율적으로 구성하는 데 사용되고 있습니다. 예를 들어, 단일 51.2T CPO 스위치에는 1,152개 이상의 광섬유가 필요할 수 있으며, 전면 패널의 혼잡을 줄이기 위해 72개 광섬유 MPO 커넥터를 사용하여 관리합니다. 유연한 광 백플레인은 맞춤형 광섬유 라우팅을 지원하여 기존 패치 패널에 비해 포트 밀도를 20배 높입니다.  

산업 채택 및 상용화

CPO 시장은 기술 대기업과 클라우드 제공업체의 주도로 실험실 연구에서 대규모 구축으로 전환되고 있습니다. 엔비디아는 2026년 AI 데이터센터를 겨냥한 CPO 기반 Quantum-X InfiniBand 및 Spectrum-X 이더넷 스위치를 출시할 계획입니다. 브로드컴은 델타 일렉트로닉스(Delta Electronics) 및 폭스콘(Foxconn)과 협력하여 시스템 전력 소비를 40%까지 줄이는 소형 ​​수냉식 CPO 스위치를 개발했습니다. MACOM과 같은 다른 주요 업체들은 1.6T/3.2T 애플리케이션용 CPO 광학 엔진을 개발하고 있으며, 2026년까지 상용 샘플 출시를 목표로 하고 있습니다. 

시장 전망 및 예측

업계 분석에 따르면 CPO 출하량은 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되며, 2029년까지 3.2T 포트가 1천만 대를 돌파할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 하이퍼스케일 데이터센터가 수백만 개의 GPU 클러스터를 지원하기 위해 CPO를 필요로 함에 따라 AI 확장에 따른 것입니다. 에너지 효율 규제 또한 CPO 도입을 촉진하고 있는데, CPO의 전력 절감 효과는 전 세계적인 지속가능성 목표에 부합하며, 데이터센터 PUE를 1.1 미만으로 낮출 수 있기 때문입니다. 비용 절감 또한 또 다른 요인으로, 제조 수율 향상으로 CPO 가격이 더욱 저렴해졌습니다.  

과제와 미래 방향

CPO는 그 가능성에도 불구하고, 고전력 ASIC 및 광학 부품의 열 관리와 같은 난관에 직면하고 있으며, 이는 액체 냉각과 같은 첨단 냉각 솔루션을 필요로 합니다. OIF 및 CCITA와 같은 산업 컨소시엄은 상호운용성을 위한 CPO 표준을 확립하기 위해 표준화 노력을 기울이고 있습니다. CPO의 통합 설계는 부품 교체를 복잡하게 만들어 분리형 광학 엔진과 같은 혁신 기술을 필요로 하므로, 유지 보수 또한 또 다른 과제입니다. 향후 개발은 2026년까지 채널당 400Gbps 속도 달성, 집적도 향상을 위한 레이저 패키지, 그리고 칩 간 통신을 위한 광 I/O에 집중될 것입니다.  

이것이 글로벌 산업에 중요한 이유

CPO는 단순한 점진적 업그레이드가 아니라 데이터 센터의 근본적인 아키텍처 전환입니다. 전력 소비 감소를 통해 지속 가능한 AI 성장을 지원하고, 운영 비용 절감을 통해 경제적 효율성을 높이며, 현재 CPO에 투자하는 기업들이 차세대 컴퓨팅 혁신을 선도할 수 있도록 지원합니다. 이 기술은 빠르게 진화하는 디지털 환경에서 경쟁 우위를 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 

CPO 기반 미래

CPO 기술은 AI 기반 데이터센터의 중추로 자리매김하여 탁월한 성능과 효율성을 제공할 것입니다. 업계 선도 기업들이 상용화를 가속화하고 지역 기업들이 소재 및 패키징 혁신을 추진하는 가운데, CPO는 고속 연결의 경계를 재정의할 준비가 되어 있습니다. 2026년에서 2027년으로 접어들면서 CPO의 광범위한 도입 시대는 컴퓨팅 파워와 지속가능성의 새로운 시대를 열 것입니다. 기업과 투자자 모두에게 AI 인프라, 클라우드 서비스, 반도체 생태계의 기회를 활용하기 위해서는 CPO의 향후 방향을 이해하는 것이 필수적입니다.