AI 훈련, 추론 및 고성능 컴퓨팅은 스위치 용량을 51.2 Tbps 및 102.4 Tbps 클래스로 끌어올리고 있습니다. 동시에 800G 및 1.6T 인터페이스는 데이터 센터 내에 배치되는 고속 광 링크의 수를 증가시키고 있습니다. 이제 과제는 대역폭만이 아닙니다. 전기 신호 손실, 모듈 전력, 냉각, 전면 패널 밀도 및 유지보수가 시스템 수준의 설계 제약이 되고 있습니다.

기존의 플러거블 광 모듈은 스위칭 실리콘과 전면 패널 모듈 사이의 비교적 긴 PCB 전기 경로에 의존합니다. 디지털 신호 프로세서(DSP)는 결과적인 신호 저하를 보상하지만, 그 보상은 전력과 열을 추가합니다. 리니어 드라이브 플러거블 광학(LPO), 근접 패키징 광학(NPO) 및 공동 패키징 광학(CPO)은 광 변환이 이루어지는 위치를 변경하고 고속 전기 경로를 점진적으로 단축함으로써 문제를 해결합니다.

이러한 아키텍처는 한 기술이 즉시 다른 기술을 대체하는 단순한 순서로 보아서는 안 됩니다. LPO는 호환성과 낮은 전력을 강조하고, NPO는 광 엔진을 스위칭 실리콘에 가깝게 이동시키면서 어느 정도의 교체 가능성을 유지하며, CPO는 가장 높은 통합성과 대역폭 밀도를 목표로 합니다. 그 가치는 구축되는 네트워크에 따라 달라집니다.

기존 플러거블 광학이 한계에 도달하는 이유

기존 아키텍처에서 스위칭 실리콘은 시스템 PCB에 실장되고 광 모듈은 전면 패널에 설치됩니다. 따라서 고속 전기 신호는 광 모듈에 도달하기 전에 기판을 가로질러 수십 센티미터를 이동할 수 있습니다.

112G 및 224G 전기 신호 속도에서 이러한 트레이스는 점점 더 관리하기 어려워집니다. 더 긴 경로는 삽입 손실, 누화 및 파형 왜곡을 유발합니다. 일반적으로 광 전송 전에 신호를 등화하고 보정하기 위해 모듈 측 DSP가 사용되며, 이를 통해 전기 채널을 통한 안정적인 통신을 유지할 수 있습니다.

DSP는 중요한 신호 무결성 문제를 해결하지만, 동시에 세 가지 광범위한 시스템 제약에 기여합니다.

광 파워가 시스템 수준의 문제가 됨

고밀도 800G 및 1.6T 배포에서 광 인터페이스 전력은 더 이상 스위치 소비의 작은 부분이 아닙니다. 기존 800G DR8 플러거블 모듈은 포트당 약 18~25W를 소비할 수 있으며, 고밀도 구성에서는 광 모듈이 전체 장비 전력의 거의 50%를 차지할 수 있습니다.

64포트 800G 스위치의 경우, 모든 포트에 이 범위의 모듈을 장착하면 광 모듈 전력만 약 1,152~1,600W에 달합니다. 이 부하는 전원 공급 장치, 팬 속도, 기류 계획 및 랙 수준 냉각 용량에 직접적인 영향을 미칩니다.

긴 전기 채널은 보상이 더 어려워짐

DSP 기반 등화는 많은 결함을 교정할 수 있지만, PCB 연결을 물리적으로 단축하지는 않습니다. 인터페이스 속도가 높아질수록 전기 손실과 누화 제어가 더 어려워지고, 추가 신호 처리는 전력과 지연 시간을 증가시킬 수 있지만 기본 채널은 여전히 깁니다.

전면 패널 밀도가 물리적 한계에 도달

기존 플러거블 모듈은 장비 전면판의 케이지를 차지합니다. 포트 수가 증가함에 따라 전면 패널 면적은 또 다른 제한 리소스가 됩니다. 많은 고전력 모듈을 동일한 영역에 집중시키면 까다로운 열 환경도 조성됩니다.

전기 경로를 단축하는 세 가지 방법

세 아키텍처 간의 본질적인 차이는 스위칭 실리콘과 광 변환 사이의 거리입니다. 광학을 스위칭 장치에 점진적으로 가까이 이동시키면 초고속 신호를 전달해야 하는 전기 채널이 줄어듭니다.

리니어 드라이브 플러거블 아키텍처

LPO는 익숙한 전면 패널 플러거블 형식을 유지하지만 광 모듈에서 DSP를 제거합니다. 리니어 신호 처리 기능은 스위칭 측으로 이동하고, 모듈은 주로 광 변환 및 리니어 증폭에 집중합니다.

단순화된 신호 경로는 다음과 같습니다:

스위칭 실리콘 → 리니어 드라이브 → 플러거블 광 변환 → 광섬유

주요 장점은 운영 연속성입니다. 광 인터페이스는 플러거블 상태를 유지하며 기존의 고밀도 폼 팩터를 계속 사용할 수 있습니다. 따라서 데이터 센터 운영자는 전체 장비 유지보수 모델을 즉시 변경하지 않고도 광 전력을 줄일 수 있습니다.

근접 패키징 광 엔진

NPO는 더 통합된 접근 방식을 취합니다. 광 변환 기능을 전면 패널에 유지하는 대신, 광 엔진은 시스템 기판의 스위칭 실리콘 근처에 실장됩니다.

전기 신호 경로는 약 2~5cm로 단축될 수 있습니다:

스위칭 실리콘 → 2~5cm PCB 연결 → 기판 실장 광 엔진 → 광섬유

기술 자료에 설명된 아키텍처는 전기 신호 손실을 13dB 미만으로 목표로 하며 모듈 측 DSP 처리를 계속 피합니다. 외부 레이저 소스가 광원을 제공하고, 인접한 광 엔진이 송수신 변환을 수행합니다.

광 엔진이 별도의 구성 요소로 남아 있기 때문에 NPO는 완전히 공동 패키징된 설계보다 더 높은 수준의 서비스 용이성을 유지하면서 LPO보다 더 높은 통합성을 달성합니다.

칩 수준 광 통합

CPO는 광 엔진을 스위칭 실리콘과 동일한 패키지 기판으로 이동시킵니다. 센티미터 단위의 PCB 라우팅 대신 고속 전기 연결이 밀리미터 스케일로 축소됩니다.

경로는 다음과 같습니다:

스위칭 실리콘 → 공동 패키징 광 엔진 → 광섬유

이 접근 방식은 스위칭 장치와 광 변환 단계 사이의 긴 전기 상호 연결 대부분을 제거합니다. 따라서 높은 대역폭 밀도, 낮은 전력 및 낮은 전기 경로 손실에 대한 가장 강력한 잠재력을 제공합니다.

절충점은 광학과 스위칭 플랫폼 간의 결합이 더 긴밀해진다는 것입니다. 서비스 절차, 열 설계 및 신뢰성 계획은 각 광 인터페이스를 독립적인 전면 패널 모듈로 취급하는 대신 시스템 및 패키지 수준에서 고려해야 합니다.

전력, 밀도 및 서비스 용이성 비교

모든 데이터 센터에 최적의 단일 광 아키텍처는 존재하지 않습니다. 낮은 전력과 짧은 전기 경로는 유지보수, 플랫폼 복잡성, 배포 유연성 및 기술 성숙도와 균형을 이루어야 합니다.

LPO는 기존 플러거블 인터페이스의 물리적 운영 모델을 유지하면서 모듈 전자 장치를 변경합니다. 따라서 현장 교체가 여전히 중요한 환경에 도입하기가 비교적 간단합니다.

NPO는 훨씬 더 짧은 전기 경로와 교환하여 더 많은 시스템 통합을 수용합니다. 광 엔진이 스위칭 패키지와 분리되어 있기 때문에 전기 효율성과 유지보수성 간의 절충안을 제공합니다.

CPO는 통합에 최대 중점을 둡니다. 대역폭 밀도가 높아지고 전기 링크 자체가 지배적인 제약이 됨에 따라 그 가치는 더 강해집니다. 그러나 동일한 통합은 유지보수가 전면 패널 광학과 정확히 동일한 방식으로 계획될 수 없음을 의미합니다.

각 아키텍처가 가장 적합한 곳

가장 효과적인 배포 전략은 기본적으로 가장 통합된 기술을 선택하는 대신 데이터 센터 시나리오에서 시작됩니다.

기존 시설 및 AI 추론 클러스터

LPO는 전력 감소가 필요하지만 운영자가 여전히 익숙한 플러거블 인터페이스를 원하는 기존 데이터 센터(브라운필드) 업그레이드에 적합합니다. 기술 로드맵은 AI 추론 클러스터 및 냉각 여유가 제한된 기존 시설을 포함하여 800G 및 1.6T 단거리 및 중거리 전송용으로 위치시킵니다.

이러한 유형의 배포는 모듈 측 DSP 처리와 관련된 전력 부담을 줄일 수 있으며, 기판 실장 또는 패키지 통합 광학으로 즉시 전환할 필요가 없습니다.

새로운 중간 규모 컴퓨팅 사이트

NPO는 짧은 전기 채널을 중심으로 PCB 레이아웃을 최적화할 수 있는 새로운 장비 설계에 더 잘 부합합니다. 이는 더 높은 통합성과 실용적인 유지보수 요구 사항의 균형을 유지하면서 800G 및 1.6T 랙 수준 또는 단거리 상호 연결을 위한 것입니다.

그린필드 AI 데이터 센터의 경우, 이 아키텍처는 시스템 설계자가 긴 전면 패널 연결을 지속적으로 보상하는 대신 하드웨어 설계 단계에서 전기 경로를 단축할 수 있도록 합니다.

매우 큰 훈련 패브릭

CPO는 대역폭 밀도와 에너지 효율이 기존 광 모듈 교체 절차보다 더 중요한 매우 큰 AI 및 고성능 컴퓨팅 클러스터를 위해 위치됩니다.

1.6T 이상에서는 전기 경로를 패키지 수준으로 줄이는 것이 점점 더 매력적이 됩니다. 이 아키텍처는 특히 대규모 훈련 패브릭에서 수천 개의 가속기가 엄청난 동-서 트래픽을 생성하는 초단거리, 고基数 스위칭 시스템과 관련이 있습니다.

단계적 마이그레이션 계획

광 네트워크 업그레이드는 전력 예산, 스위치 수명 주기, 서비스 절차 및 예상 인터페이스 속도를 중심으로 설계되어야 합니다. 가장 통합된 아키텍처를 모든 곳에 배포하면 불필요한 비용과 유지보수 복잡성이 발생할 수 있습니다.

운영 중인 데이터 센터의 경우, 단계적 경로는 광 모듈이 장비 전력의 많은 부분을 소비하는 스위치를 식별하는 것부터 시작할 수 있습니다. 플랫폼이 여전히 전면 패널 서비스 용이성을 요구하는 경우, 저전력 플러거블 접근 방식이 가장 실용적인 첫 번째 단계를 제공할 수 있습니다.

새로운 스위치 설계는 더 큰 자유를 제공합니다. 광 엔진을 PCB로 이동하고 스위칭 실리콘에서 수 센티미터 이내에 배치하면 광범위한 보상이 필요할 정도로 심각해지기 전에 전기 채널 손실을 줄일 수 있습니다.

완전 공동 패키징 광학은 인터페이스 속도, 스위치基数 및 열 밀도로 인해 기존 전면 패널 전기 경로를 유지하기가 점점 더 어려워질 때 더 설득력 있게 됩니다.

따라서 실용적인 의사 결정 프레임워크는 다음과 같이 요약할 수 있습니다:

• 저전력과 현장 교체가 모두 중요한 경우 플러거블 리니어 드라이브 접근 방식을 사용하십시오.

• 새 플랫폼이 기판 수준 광 엔진과 더 짧은 PCB 경로를 지원할 수 있는 경우 광학을 패키지 근처로 이동하십시오.

• 최대 대역폭 밀도와 최소 전기 경로 길이가 주요 설계 제약이 될 때 공동 패키징 통합을 고려하십시오.

하이브리드 배포도 합리적입니다. 동일한 데이터 센터 환경 내에서 다른 스위치 계층, 장비 세대 및 클러스터 크기가 다른 광 아키텍처를 사용할 수 있습니다.

2028년까지의 시장 방향

기술 로드맵은 단일 교체 이벤트가 아닌 점진적인 전환을 나타냅니다.

LPO는 2025년부터 대량 채택으로 이동하기 시작했습니다. 2026년 동안 800G 및 1.6T 구현은 AI 추론 및 기존 데이터 센터 업그레이드 시나리오에서 일괄 배포용으로 위치됩니다. 기술 자료에 인용된 시장 전망은 2026년 총 LPO 출하량을 약 300~400만 대로 추정합니다.

NPO는 더 늦은 채택 곡선을 따릅니다. 소식통은 2026년 1.6T NPO를 기술 성숙 단계에 두고, 2026년 하반기에 소량 출하가 예상되며 2027년부터 대규모 배포가 시작될 것으로 예상합니다.

CPO는 가장 긴 통합 주기를 가집니다. 로드맵은 2026년 말경에 1.6T 초기 파일럿 출하를 예상하고, 2027~2028년에 더 넓은 상업적 배포가 이어질 것으로 예상합니다. 차세대 3.2T CPO의 경우 2028년 이후에 더 광범위한 구현이 발전할 것으로 예상됩니다.

결과적인 배포 패턴은 보완적입니다. 2026~2027년 동안 LPO와 NPO는 800G 및 1.6T 단거리 및 중거리 시장의 큰 부분을 해결할 것으로 예상되며, 특히 기존 데이터 센터 업그레이드 및 새로운 중간 규모 AI 클러스터가 해당됩니다. 2028년 이후에는 CPO가 3.2T 및 더 높은 속도의 초대규모 훈련 패브릭에 더 관련성이 높아집니다.

이는 한 아키텍처가 다른 아키텍처가 확장될 때 사라진다는 것을 의미하지 않습니다. 다양한 통합 수준은 다양한 운영 문제를 해결하므로 여러 접근 방식이 데이터 센터 세대에 걸쳐 활성 상태를 유지할 수 있습니다.

최종 노트

기존 플러거블 모듈에서 LPO, NPO 및 CPO로의 전환은 근본적으로 급속히 증가하는 광 대역폭으로 인해 발생한 전기 상호 연결 문제에 대한 대응입니다.

51.2 Tbps 및 102.4 Tbps 스위치 용량에서 긴 PCB 트레이스, DSP 보상 및 다수의 고전력 전면 패널 모듈에 기반한 설계는 전력 공급, 냉각 및 물리적 밀도에 점점 더 큰 압력을 가합니다. 전기 경로를 단축하면 그 균형이 바뀝니다.

LPO는 플러거블 인터페이스를 유지하면서 모듈 측 신호 처리를 단순화함으로써 가장 덜 파괴적인 경로를 제공합니다. NPO는 광 엔진을 스위칭 실리콘에서 수 센티미터 이내로 가져와 전기 효율성을 개선하면서 어느 정도의 교체 가능성을 유지합니다. CPO는 광학을 동일한 패키지 기판에 통합하여 가장 높은 대역폭 밀도와 가장 낮은 전기 경로 손실을 목표로 합니다.

따라서 적절한 솔루션은 네트워크가 수명 주기의 어느 위치에 있는지에 따라 달라집니다. 기존 데이터 센터는 호환성과 유지보수성을 우선시할 수 있고, 새로운 AI 사이트는 기판 수준 통합을 최적화할 수 있으며, 미래의 초고밀도 훈련 시스템은 패키지 수준 광 통합을 요구할 수 있습니다. 이러한 아키텍처를 보편적인 대체품이 아닌 상호 보완적인 옵션으로 취급하면 800G, 1.6T 및 미래 3.2T 네트워킹을 위한 더 실용적인 경로가 제공됩니다.

FAQ

LPO는 여전히 표준 플러거블 광 폼 팩터를 사용할 수 있습니까?

예. 기술 자료에 설명된 아키텍처는 QSFP-DD 및 OSFP와 같은 표준 플러거블 형식을 유지합니다. 주요 변경 사항은 플러거블 물리적 인터페이스의 제거가 아니라 모듈 측 DSP 처리의 제거입니다.

NPO는 광 엔진을 스위치 패키지에 영구적으로 부착해야 합니까?

아니요. 설명된 NPO 아키텍처에서 광 엔진은 시스템 기판의 스위칭 실리콘 근처에 실장되며 독립적으로 교체 가능한 상태를 유지할 수 있습니다. 이는 근접 패키징과 완전 공동 패키징 통합 간의 주요 차이점 중 하나입니다.

외부 레이저 소스는 근접 패키징 광학에서 어떤 역할을 합니까?

여기에 설명된 NPO 구현은 독립적인 외부 레이저 소스(ELS)를 사용하여 광 전력을 공급하고, 기판 실장 광 엔진이 광 송수신을 처리합니다.

모듈 DSP를 제거하는 것이 호스트 설계에 더 많은 주의를 기울여야 하는 이유는 무엇입니까?

모듈 측 신호 처리가 줄어들거나 제거되면 전기 채널 품질이 스위칭 실리콘 기능, PCB 레이아웃 및 전체 호스트 구현에 더 많이 의존하게 됩니다. 따라서 모듈 복잡성이 낮아질수록 시스템 수준 신호 무결성 엔지니어링이 더 중요해집니다.