[기고] 데이터센터 혁신의 핵심, 실리콘 포토닉스의 조건
최근 AI와 빅데이터 시대의 급속한 성장은 데이터센터의 근본적 변화를 요구하고 있다. 특히 생성형 AI의 등장으로 데이터 처리량의 폭발적 증가에 대응하면서도 동시에 지속가능성을 추구해야 하는 어려운 과제에 직면해 있다. 현재 데이터센터의 주요 문제점은 크게 세 가지다. 먼저 대역폭의 한계다. 기존 전기적 인터커넥트 기술은 AI 훈련 및 추론에 필요한 대규모 데이터 전송을 처리하지 못한다. 전력 소비와 발열도 문제다. 대용량 데이터 처리에 따른 전력 소비 증가는 냉각 비용 증가로 이어지고, 이는 데이터센터의 운영 효율성을 심각하게 저하시킨다. 마지막은 확장성으로, 기존 기술로는 미래 AI 시스템이 요구하는 수준의 확장성을 제공하기 어렵다. 이러한 상황에서 실리콘 포토닉스가 데이터센터의 미래를 결정짓는 핵심 기술로 주목받고 있다. 실리콘 포토닉스 기술은 전자회로와 광학소자를 단일 칩에 통합함으로써 데이터센터의 연결성과 효율성을 획기적으로 개선한다. 하지만 모든 기술이 동일한 성능을 제공할 수는 없다. 다양한 기술적 접근법과 솔루션이 존재하지만 그 성능과 효율성 차이는 상당히 크다. 더욱이 이 기술의 선택은 장기적인 인프라 전략에 중대한 영향을 미치는 결정이 될 수밖에 없다. 이처럼 중요한 선택의 기준이 되는 실리콘 포토닉스의 네 가지 필수 조건을 살펴보고자 한다. 첫째, 초저손실 고성능 광학 기술이다. 실리콘 포토닉스 시스템의 핵심은 손실을 최소화하면서 광신호를 효율적으로 전달하는 것이다. 최첨단 기술은 광신호가 칩 내에서 이동할 때 발생하는 손실을 크게 줄이고, 고성능 광변조기와 광검출기를 동일 칩에 통합했다. 마치 교통 체증 없이 고속도로를 주행하는 것과 같은 원리로, 데이터가 지연이나 손실 없이 빠르게 전달된다. 이는 AI 시스템이 요구하는 대용량 데이터를 빠르게 전송하는 기반이 된다. 대규모 AI 클러스터에서는 전체 시스템의 성능을 결정짓는 중요한 요소다. 둘째, 효율적인 광커플링이 중요하다. 광커플링은 빛 에너지를 한 매체에서 다른 매체로 전달하는 과정이다. 현재 많은 업체들이 테스트 편의성을 위해 그레이트 커플러를 채택하고 있지만, 실제 성능 측면에서는 엣지 커플러가 더 우수하다. 엣지 커플러는 광신호가 광섬유에서 칩으로 들어가는 입구 역할을 더 효과적으로 수행하여, 물이 새지 않는 파이프처럼 빛 에너지의 손실을 최소화한다. 이는 대규모 데이터센터에서 전체 에너지 효율성을 크게 향상시키며, 발열 문제가 심각한 환경에서 냉각 비용 절감과 시스템 안정성 향상으로 이어진다. 셋째, 비용 효율적인 대량생산 역량과 안정적인 공급망이 필수적이다. 가장 뛰어난 성능의 광집적회로(PIC)도 지속적이고 안정적인 대량생산이 어렵다면 실질적인 채택은 제한적일 수밖에 없다. 데이터센터 핵심 부품인 PIC 제조에서 300mm와 같은 대형 웨이퍼를 사용하는 생산시설이 제공하는 규모의 경제는 비용 효율성과 직결된다. 또한 자체 생산시설과 안정적인 공급망을 보유한 제조사들은 지정학적 불안정성의 영향을 덜 받는다. 이는 최근 반도체 공급망 위기를 경험한 데이터센터 운영자들에게 중요한 고려사항이다. 안정적 생산역량은 고성능 광통신 모듈의 공급 부족 문제를 해결하고, 데이터센터가 기존 인프라를 점진적으로 업그레이드할 수 있도록 지원한다는 점에서 그 가치가 더욱 크다. 넷째, 미래 지향적인 기술 로드맵과 보완 기술의 통합이다. 200Gbps/lane에서 시작해 향후 400Gbps/lane으로 진화한다는 비전 등 PIC 개발의 명확한 경로를 제시하는 기술 공급자가 중요한 파트너가 될 것이다. 또한 PIC 기술만으로는 완전한 솔루션을 제공할 수 없기에, 실리콘 게르마늄 기반의 고성능 전자회로 기술인 BiCMOS와의 통합도 필요하다. 칩 간 고속 연결을 위한 실리콘 관통전극(TSV)과 소형 변조기 등의 혁신 기술도 차세대 AI 시스템의 성능을 결정짓는 핵심 요소가 된다. 이러한 기술 역량을 종합적으로 갖춰야 데이터센터에 최적화된 완전한 솔루션을 제공할 수 있다. 데이터센터는 이제 단순한 클라우드 서비스의 기반을 넘어 AI 혁명의 심장부로 진화하고 있다. 이 진화 과정에서 실리콘 포토닉스는 단순한 성능 개선 도구가 아닌, 초연결 지능형 시스템으로의 도약을 가능케 하는 근본적인 패러다임 전환을 제시한다. 반도체가 컴퓨팅 발전의 기반이 되었듯, 실리콘 포토닉스는 AI 시대 데이터센터의 새로운 물리적 토대가 되고 있다. AWS 등 주요 클라우드 서비스 제공업체들이 이미 이러한 최첨단 실리콘 포토닉스를 채택하기 시작했다는 사실은 이 기술의 중요성을 잘 보여준다. 미래의 데이터센터는 단순히 더 많은 서버를 집적하는 공간이 아니라, 더 스마트하고 효율적인 광통신 기술을 기반으로 한 고도로 최적화된 시스템이 될 것이다. 이러한 미래를 선도하는 핵심에 자리하고 있는 실리콘 포토닉스 기술은 이제 현실이 되어가고 있으며, 머지않아 데이터센터 아키텍처의 표준으로 자리 잡을 것이다. *본 칼럼 내용은 본지 편집방향과 다를 수 있습니다.
