전 세계 빅테크 기업들도 인공지능(AI) 데이터센터의 병목을 해결하기 위해 ‘포토닉 인터커넥트(광 인터커넥트)’ 기술 도입에 속도를 내고 있다. 글로벌 기업들은 저마다 다른 접근 방식으로 ‘빛(광자)’을 이용한 차세대 연결 기술을 개발하고 있다. 일부는 이미 초기 상용화 단계에 진입했다.
가장 공격적인 움직임을 보이는 기업은 엔비디아다. 엔비디아는 차세대 그래픽처리장치(GPU) 패키지에 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 기반의 광 인터커넥트를 직접 통합할 계획을 공식화했다. 기존 구리 기반의 NV링크는 800Gbps~1.6Tbps(테라비트) 수준에서 발열·저항 한계에 부딪히지만 광 링크는 수 Tbps(테라비트)급 대역폭을 유지하면서 전력 소모를 줄일 수 있다. 엔비디아가 ‘AI 팩토리’ 구상을 추진하면서 광 인터커넥트는 필수적 인프라로 간주되고 있다. 초거대 AI 모델을 학습시키는 데 필요한 GPU 수만 개 규모의 클러스터에서는 개별 GPU 성능보다 GPU 간 연결 지연(latency)과 에너지 효율이 성공을 좌우하기 때문이다. 인텔은 전통적인 서버 구조를 혁신하는 방식으로 접근하고 있다. 인텔은 실리콘 포토닉스 스타트업 아야랩스와 협력해 광 I/O(Optical I/O) 칩렛을 개발 중이다. 이 기술은 전기신호를 광 신호로 변환해 칩 외부로 전송하는 기존 방식조차 생략하고 칩 내부에서 바로 빛으로 통신하는 구조를 목표로 한다. 인텔은 최근 FPGA와 일부 서버 장비에 광 I/O를 적용해 실제 동작을 검증했으며 이는 코패키지 광학(Co-Packaged Optics·CPO)의 초기 형태로 평가된다. 전기신호를 구리선으로 이동시키는 데서 발생하는 전력·발열 병목을 원천적으로 제거할 수 있다는 점에서 업계의 관심이 크다.
아마존웹서비스(AWS), 메타, 마이크로소프트도 광 기반 네트워크로의 전환을 본격화하고 있다. AWS는 ST마이크로일렉트로닉스와 협력해 PIC100 실리콘 포토닉스 칩을 개발하고 데이터센터 네트워크 패브릭을 전면 광 기반으로 재편하는 프로젝트를 진행 중이다. AWS는 특히 대규모 서버 간 통신에서 발생하는 전력 손실을 줄이기 위해 광 모듈을 네트워크 장비뿐 아니라 서버 칩 인근까지 확대 적용하는 연구를 병행하고 있다. 메타와 마이크로소프트도 포토닉 패브릭(Photonic Fabric)을 일부 AI 클러스터에 이미 적용한 것으로 알려졌다. 이들은 GPT-4·라마3 등 초거대 모델을 학습할 때 GPU 간 통신 병목이 심각하다는 점을 확인하고 구리 기반의 인프라가 더 이상 확장성을 보장하지 않는다고 판단했다. 다만 이들 기업 역시 아직 전체 데이터센터를 광으로 전환한 것은 아니며 구리·광 하이브리드 구조를 점진적으로 확대하는 단계에 머물러 있다.
업계에서는 포토닉 인터커넥트 기술이 추후 시장을 장악할 것으로 보고 있다. 산업 분석 기관 욜그룹에 따르면 전 세계 포토닉 인터커넥트 시장은 2023년 대비 4배 이상 성장해 2030년 약 100억 달러(약 13조 원) 규모에 이를 것으로 전망된다. 특히 데이터센터용 CPO와 광 스위치(Optical Switch) 분야는 연평균 30% 이상의 고성장이 예상된다.
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