고대역폭 메모리(HBM)에서 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 변화

CPO(Co-Packaged Optics)와 XPU 광학 기술의 발전

CPO(Co-Packaged Optics)

브로드컴 CPO: 최고 전력 효율과 대역폭 밀도

Broadcom CPO: Highest Power Efficiency and Bandwidth Density

 

🔑 핵심 개념

• HBM(High Bandwidth Memory): TSV(Through Silicon Via) 기술로 여러 DRAM을 수직 적층해 초고속 데이터 전송을 구현한 메모리.
• 한계점: 구리 배선은 전자 이동 시 저항을 발생시켜 열 손실(유령 전력)과 전력 소모를 유발.
• 차세대 구조: 구리선을 제거하고 광학 신호(빛)를 칩 내부에서 직접 사용하여 데이터 전송.

 

📐 구조적 특징

구분기존 플러거블 광 모듈CPO(Co-Packaged Optics)

위치	칩 외부, 전기 신호로 연결	ASIC 칩과 동일 패키지 내
신호 손실	전기 신호 손실 증가 (거리·주파수 의존)	광 신호 손실 거의 없음
속도	400G~800G 수준	1.6T 이상 확장 가능
전력 효율	높은 전력 소모	전력 소모 1/4 수준
응용 분야	일반 네트워킹	AI 데이터센터, HPC, 차세대 서버

 

⚡ 기술적 의미

• 실리콘 포토닉스: 칩 내부에 광학 엔진을 심어 전기 대신 빛으로 데이터 이동.
• 광학 I/O 표준화: 엔비디아 등 주요 기업이 전기 배선을 없애고 광학 입출력을 도입하려는 이유는 전력 효율과 속도 때문.
• 데이터센터 혁신: 현재 데이터센터 전력의 상당 부분은 ‘데이터 이동 과정에서 발생하는 열 제거’에 쓰임. 광반도체는 이를 크게 줄여 에너지 효율을 높임.

🚀 전망

• SK하이닉스: 메모리 패키지 내부에 직접 ‘빛의 엔진’을 삽입하는 공정에 착수.
• 시장 영향: AI 연산에 필요한 초고속·저지연 메모리 구조로, 차세대 AI 반도체 경쟁의 핵심 기술로 부상.
• 궁극적 목표: 반도체가 전자의 언어가 아닌 빛의 언어로 대화하는 구조로 전환.

⚡ 상용화 현황 (2026)

• 엔비디아: GPU와 광학 엔진을 통합해 AI 학습·추론 성능 극대화.
• 브로드컴: Ethernet 스위치와 XPU(가속기)에 CPO 적용, 데이터센터 네트워킹 최적화.
• TSMC: 파운드리 생태계에서 실리콘 포토닉스 기반 CPO 패키징 제공.
• 표준화: OIF(Optical Internetworking Forum)에서 3.2Tbps CPO 모듈 정의, 업계 표준 확립 중.

🚨 과제와 리스크

• 비용: 초기 생산 단가가 높아 대규모 확산에는 시간이 필요.
• 표준화 경쟁: 엔비디아·TSMC·브로드컴 간 기술 주도권 다툼.
• 생태계 구축: 한국 포함 일부 지역은 아직 인프라 부족.