AI 데이터센터에서 GPU와 네트워크 장비가 주고받는 데이터가 늘어나면서, 데이터를 빠르게 전달하는 것만큼 전송 과정에서 소비하는 전력도 중요해지고 있습니다.
이 문제를 해결하기 위한 기술 중 하나가 CPO(Co-Packaged Optics, 공동 패키징 광학) 입니다. CPO는 광학 부품을 네트워크 스위치의 핵심 반도체 칩 가까이에 배치해 전기 신호가 이동하는 거리를 줄이는 기술입니다.
기존 광통신에서는 서버나 네트워크 스위치의 앞면에 광트랜시버를 꽂아 사용하는 방식이 널리 쓰였습니다. CPO는 이 광학 부품을 반도체 칩 가까이 통합해 고속 데이터 전송과 전력 효율을 개선하려는 접근입니다.
그렇다면 CPO는 기존 광통신을 어떻게 바꿀까요? 전력 소비를 줄일 수 있는 이유는 무엇이며, 발열과 제조 난도는 왜 해결해야 할 과제로 꼽힐까요?
이번 글에서는 CPO의 작동 원리부터 기존 광트랜시버와의 차이, 기술적 한계와 상용화 과정에서 확인해야 할 부분까지 쉽게 살펴보겠습니다.
핵심 요약: CPO가 주목받는 이유
| 핵심 항목 | 내용 |
|---|---|
| CPO란? | 광학 부품을 스위치 ASIC 등 핵심 반도체 칩 가까이에 통합하는 기술 |
| 주요 목적 | 전기 신호 이동 거리 단축, 전력 소비 절감, 연결 밀도 향상 |
| 기대 효과 | 고속·대용량 네트워크를 효율적으로 구성할 가능성 |
| 주요 과제 | 발열 관리, 정밀 패키징, 제조 수율, 검사와 수리 |
| 기존 광트랜시버와의 관계 | 즉시 대체하는 관계라기보다 용도에 따라 공존할 수 있는 기술 |
CPO의 핵심은 단순히 광학 부품을 작게 만드는 것이 아닙니다. 전기 신호가 이동하는 경로를 줄이고, 반도체와 광학 부품을 하나의 시스템처럼 설계하는 것에 가깝습니다.
1. 기존 광통신은 어떤 방식으로 작동할까?
먼저 CPO가 등장한 배경을 이해하려면 기존 광통신의 구조부터 알아야 합니다.
AI 데이터센터에서는 네트워크 스위치가 서버와 서버 사이에 데이터를 전달합니다. 스위치의 핵심 반도체인 ASIC은 데이터를 처리하고 목적지에 맞게 전달하는 역할을 합니다.
일반적인 플러그형 광통신 구조에서는 다음과 같은 과정을 거칩니다.
- 스위치 ASIC이 전기 신호를 처리합니다.
- 전기 신호가 기판의 전기 배선을 따라 광트랜시버로 이동합니다.
- 광트랜시버가 전기 신호를 광신호로 변환합니다.
- 광신호가 광케이블을 통해 다른 장치로 전달됩니다.
- 반대편 장치에서 광신호가 다시 전기 신호로 변환됩니다.
이 구조는 광트랜시버를 교체하기 쉽고, 기존 데이터센터에서 활용해 온 방식이라는 장점이 있습니다.
하지만 데이터 전송 속도가 높아지고 네트워크의 연결 용량이 커지면 ASIC과 광트랜시버 사이의 고속 전기 연결이 중요한 설계 과제가 될 수 있습니다. 전기 신호가 이동하는 경로가 길어질수록 신호 손실을 보상하기 위한 회로와 전력도 중요해집니다.
브로드컴은 CPO 기술 소개 자료에서 이러한 전기 연결의 손실과 보상 회로에 필요한 전력이 고속 네트워크 설계의 주요 과제라고 설명합니다.
공식 자료: Broadcom – Co-Packaged Optics
2. CPO는 기존 광통신과 무엇이 다를까?
CPO는 광학 부품을 스위치 ASIC과 가까운 위치에 배치합니다. 일반적인 플러그형 광트랜시버처럼 스위치 앞면까지 긴 전기 배선을 연결하는 대신, 광학 엔진을 핵심 칩 주변에 통합하는 방식입니다.
여기서 광학 엔진은 전기 신호와 광신호를 주고받는 데 필요한 광학·전자 부품을 포함하는 장치입니다.
기존 구조와 CPO의 차이
| 비교 항목 | 플러그형 광트랜시버 | CPO |
|---|---|---|
| 광학 부품 위치 | 스위치 전면의 교체 가능한 모듈 | 스위치 ASIC 가까이 통합 |
| 전기 연결 경로 | ASIC에서 모듈까지 상대적으로 길 수 있음 | ASIC과 광학 엔진 사이를 짧게 설계 |
| 유지보수 | 모듈 단위 교체가 비교적 편리 | 패키지 통합 수준에 따라 수리·교체가 복잡할 수 있음 |
| 전력 효율 | 고속 전기 연결과 신호 보상에 전력 소모 | 전기 연결을 줄여 전력 절감을 기대 |
| 설계 난도 | 모듈과 스위치를 비교적 독립적으로 설계 | 반도체·광학·패키징·냉각을 함께 설계해야 함 |
이 표는 일반적인 구조를 비교한 것입니다. 제품에 따라 광학 부품의 배치와 신호 처리 방식은 달라질 수 있습니다.
CPO라고 해서 광케이블까지 반도체 내부에 들어가는 것은 아닙니다. 광학 부품은 칩 가까이에 통합되지만, 데이터를 외부로 전달하는 광섬유는 여전히 필요합니다. 또한 광원인 레이저를 별도 모듈에 배치하는 설계도 가능합니다.
쉽게 이해하는 비유
기존 구조가 사무실 한쪽에 있는 통신 장비까지 긴 전기 배선을 연결하는 방식이라면, CPO는 통신 장비와 신호 변환 부품을 한곳에 더 가깝게 모아 배선 경로를 줄이는 방식과 비슷합니다.
이렇게 하면 신호가 이동하는 거리를 줄일 수 있고, 고속 신호를 전달하기 위해 필요한 전력과 회로의 부담을 낮출 가능성이 있습니다.
다만 거리가 짧아졌다는 사실만으로 시스템 전체의 전력 소비가 자동으로 줄어드는 것은 아닙니다. 레이저, 광학 엔진, 냉각 장치와 제어 회로까지 포함한 전체 시스템을 비교해야 합니다.
3. CPO의 가장 큰 장점은 전력 효율일까?
CPO가 주목받는 주요 이유 중 하나는 전력 효율입니다.
AI 데이터센터에서는 GPU뿐 아니라 네트워크 스위치와 데이터 전송 장치도 전기를 사용합니다. 네트워크 용량이 커질수록 데이터 전송에 필요한 전력을 관리하는 일이 중요해집니다.
전기 신호 이동 거리를 줄이면 무엇이 달라질까?
고속 전기 신호는 배선을 따라 이동하는 동안 손실과 신호 왜곡의 영향을 받을 수 있습니다. 이를 보완하려면 신호를 처리하거나 보상하는 회로가 필요할 수 있으며, 이러한 과정은 전력 소비를 늘리는 요인이 됩니다.
CPO는 광학 엔진을 ASIC 가까이에 배치해 전기 신호가 이동하는 거리를 줄입니다. 이에 따라 고속 전기 연결의 부담과 일부 신호 보상에 필요한 전력을 줄일 가능성이 있습니다.
이것이 CPO의 대표적인 장점입니다.
하지만 전력 절감 효과는 비교 대상과 제품 설계에 따라 달라집니다. 플러그형 광트랜시버와 CPO의 전력 소비를 비교할 때는 광학 엔진만 볼 것이 아니라 스위치 ASIC과 신호 처리 회로, 레이저, 냉각 등 비교 범위가 같은지 확인해야 합니다.
더 많은 연결을 작은 공간에 배치할 수 있다
AI 네트워크에서는 높은 대역폭을 제공하면서도 제한된 공간 안에 많은 연결을 배치해야 합니다.
CPO는 광학 부품을 칩 주변에 통합해 연결 밀도를 높일 수 있는 구조입니다. 따라서 네트워크 용량이 커질수록 공간과 전력 효율을 함께 고려하는 데 도움이 될 수 있습니다.
다만 연결 밀도가 높아질수록 광섬유를 정밀하게 배치하고, 신호 손실을 관리하며, 열을 처리하는 일이 어려워질 수 있습니다. 높은 집적도가 항상 제조와 유지보수까지 쉽다는 의미는 아닙니다.
4. CPO는 왜 발열 관리가 어려울까?
CPO의 대표적인 과제 중 하나가 발열입니다.
CPO는 광학 부품을 고성능 스위치 ASIC 가까이에 배치합니다. 그런데 스위치 ASIC은 많은 데이터를 처리하면서 열을 발생시키고, 광학 부품 중 일부는 온도 변화에 민감합니다.
즉, 전기 연결을 짧게 만들기 위해 부품을 가까이 배치했지만, 그 결과 열을 서로 주고받는 문제를 더 세밀하게 관리해야 하는 것입니다.
2026년 학술지 Advanced Photonics Nexus에 발표된 CPO 열관리 연구도 고전력 ASIC에서 발생하는 열과 광학 부품의 온도 민감성이 성능 및 신뢰성 측면의 주요 과제라고 설명합니다.
연구 자료: Thermal management in copackaged optics: from device assembly to system operation
온도가 높아지면 광학 부품에 어떤 영향이 있을까?
광학 부품은 종류와 설계에 따라 온도 변화의 영향을 받습니다. 예를 들어 일부 레이저는 온도가 높아지면 효율이나 출력 특성이 달라질 수 있고, 특정 광소자는 온도 변화에 따라 동작 파장이 이동할 수 있습니다.
이러한 변화는 광신호의 안정성과 시스템의 장기적인 신뢰성을 관리할 때 고려해야 할 요소입니다.
따라서 CPO에서는 단순히 칩의 온도를 낮추는 것뿐 아니라, ASIC과 광학 부품 사이의 온도 차이, 열이 전달되는 경로, 온도 변화에 따른 광학 성능까지 함께 고려해야 합니다.
냉각 설계가 중요한 이유
CPO는 기존 스위치의 냉각 설계를 그대로 적용하기 어려울 수 있습니다. 반도체와 광학 부품이 가까이 배치되어 있기 때문에 각 부품이 요구하는 온도 조건을 함께 맞춰야 하기 때문입니다.
설계에 따라 방열판, 냉각 구조, 열전달 소재, 레이저의 배치 방식 등을 조합할 수 있습니다.
여기서 중요한 점은 CPO가 전력 소비를 줄일 가능성이 있다고 해서 발열 문제가 자동으로 해결되는 것은 아니라는 사실입니다. 전력 효율이 개선되더라도 고밀도 패키지 내부의 열 분포와 광학 부품의 온도 안정성은 별도로 관리해야 합니다.
5. 제조 난도와 수리 문제도 해결해야 한다
CPO는 전자 부품과 광학 부품을 더 밀접하게 통합하기 때문에 제조 과정에서도 높은 정밀도가 요구됩니다.
일반적인 반도체 패키징에서는 전기 연결의 정확성과 열·기계적 안정성이 중요합니다. CPO에서는 여기에 광섬유와 광학 소자를 정확하게 정렬하고, 광신호가 손실을 최소화하면서 연결되도록 만드는 작업이 더해집니다.
광섬유와 광학 소자의 정밀한 정렬
광섬유를 통해 전달된 빛이 광학 칩의 입력부에 제대로 들어가야 합니다. 정렬이 어긋나거나 연결 부위에서 손실이 커지면 원하는 성능을 얻기 어려울 수 있습니다.
또한 패키지가 열을 받거나 냉각 과정에서 온도가 변하면 소재가 팽창하거나 수축할 수 있습니다. 이러한 변화가 광학 부품의 정렬에 영향을 주지 않도록 설계해야 합니다.
이 때문에 CPO는 반도체 설계만 잘한다고 완성되는 기술이 아닙니다. 광학 설계, 패키징, 소재, 조립 공정, 검사 기술이 함께 맞물려야 합니다.
고장 난 부품을 교체하기도 더 까다로울 수 있다
플러그형 광트랜시버는 고장이 발생했을 때 해당 모듈을 교체하는 방식으로 대응하기 비교적 쉽습니다.
반면 CPO에서는 광학 엔진과 ASIC이 하나의 패키지 안에 통합되어 있을 수 있습니다. 이 경우 고장 난 부품만 독립적으로 교체하기 어려워질 수 있으며, 수리 비용과 장비 가동 중단 시간에도 영향을 줄 수 있습니다.
다만 CPO의 모든 구성 요소가 교체 불가능한 것은 아닙니다. 일부 설계에서는 레이저 광원을 외부의 교체 가능한 모듈로 분리해 유지보수 부담을 줄이는 방식을 고려합니다.
따라서 CPO의 상용화 수준을 판단할 때는 데이터 전송 속도와 전력 효율뿐 아니라 고장 진단, 부품 교체, 장기 신뢰성까지 확인할 필요가 있습니다.
6. 그렇다면 기존 광트랜시버는 사라질까?
CPO가 발전한다고 해서 기존 플러그형 광트랜시버가 곧바로 사라지는 것은 아닙니다.
플러그형 광트랜시버는 교체가 쉽고, 기존 장비와의 호환성을 확보하기 편리하다는 장점이 있습니다. CPO는 전력 효율과 연결 밀도를 개선할 가능성이 있지만, 패키징과 열관리, 유지보수에서 새로운 과제를 안고 있습니다.
데이터센터의 네트워크 구조와 장비의 세대, 필요한 전송 용량, 운영 방식에 따라 적합한 기술은 달라질 수 있습니다.
따라서 앞으로는 플러그형 광트랜시버와 CPO가 일정 기간 함께 활용되면서 각자 적합한 영역을 찾아갈 가능성을 고려해야 합니다. 실제 전환 속도는 기술 성능뿐 아니라 제조 수율, 비용, 공급망, 고객의 운영 요구에 영향을 받습니다.
7. CPO 기술을 볼 때 무엇을 확인해야 할까?
CPO를 단순히 차세대 광통신 기술이라는 이유로만 평가하면 실제 기술 수준과 사업성을 구분하기 어렵습니다.
다음 항목을 함께 확인하는 것이 좋습니다.
| 확인 항목 | 살펴볼 내용 |
|---|---|
| 전력 효율 | 비교 대상과 측정 범위가 같은 조건에서 전력 절감 효과를 검증했는가? |
| 열관리 | ASIC과 광학 부품의 온도 조건을 안정적으로 유지할 수 있는가? |
| 제조 수율 | 광학 정렬과 패키징 공정에서 일정한 품질을 확보할 수 있는가? |
| 신뢰성 | 장기간 작동과 온도 변화에서 성능이 안정적으로 유지되는가? |
| 유지보수 | 고장 부품을 어떻게 진단하고 교체하는가? |
| 실제 적용 | 기술 시연을 넘어 고객 평가와 양산·납품으로 이어지고 있는가? |
특히 기업의 기술 발표 자료를 볼 때는 시제품 시연, 고객 인증, 양산, 실제 매출을 서로 구분해야 합니다. 기술적으로 가능하다는 사실과 대규모 데이터센터에서 경제적으로 운영할 수 있다는 사실은 다릅니다.
CPO 관련 기업을 투자 관점에서 살펴보더라도 기술의 중요성만으로 주가 상승이나 실적 개선을 단정할 수는 없습니다. 실제 고객 확보, 생산 능력, 수익성, 경쟁 기술과의 관계를 함께 확인해야 합니다.
마무리: CPO는 광통신을 반도체 가까이 가져오는 기술이다
CPO는 광학 부품을 스위치 ASIC 등 핵심 반도체 칩 가까이에 통합해 고속 전기 연결의 거리를 줄이는 기술입니다.
이를 통해 데이터 전송 과정의 전력 소비를 줄이고, 연결 밀도를 높일 가능성이 있습니다. 하지만 부품이 가까워지는 만큼 발열 관리가 중요해지고, 광학 정렬과 패키징의 정밀도, 제조 수율, 수리와 유지보수 같은 과제도 해결해야 합니다.
따라서 CPO를 이해할 때는 전력 절감이라는 장점만 볼 것이 아니라 실제 시스템 전체에서 어떤 효과가 발생하는지, 장기적으로 안정적인 운영이 가능한지를 함께 살펴봐야 합니다.
AI 데이터센터가 더 많은 데이터를 더 효율적으로 전달해야 하는 상황에서 CPO는 주목할 만한 기술입니다. 다만 기존 광트랜시버를 단번에 대체할 기술이라고 단정하기보다는, 성능과 비용, 신뢰성, 유지보수 조건에 따라 활용 범위가 달라지는 기술로 이해하는 것이 정확합니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q1. CPO란 무엇인가요?
CPO는 Co-Packaged Optics의 약자로, 광학 부품을 네트워크 스위치 ASIC 등 핵심 반도체 칩 가까이에 통합하는 기술입니다. 전기 신호의 이동 거리를 줄여 전력 효율과 연결 밀도를 개선하는 것을 목표로 합니다.
Q2. CPO는 기존 광트랜시버보다 무조건 좋은가요?
그렇지는 않습니다. CPO는 고속·고밀도 연결에서 전력 효율을 개선할 가능성이 있지만, 발열과 제조 난도, 수리와 유지보수 측면의 과제가 있습니다. 플러그형 광트랜시버도 교체 편의성과 기존 시스템과의 호환성이라는 장점이 있습니다.
Q3. CPO에서 발열 관리가 중요한 이유는 무엇인가요?
고전력 스위치 ASIC과 온도에 민감한 광학 부품이 가까이 배치되기 때문입니다. ASIC에서 발생한 열이 광학 부품의 동작 특성과 신뢰성에 영향을 줄 수 있어 정밀한 열설계가 필요합니다.
Q4. CPO가 발전하면 광케이블도 필요 없어지나요?
아닙니다. CPO는 광학 부품을 반도체 칩 가까이에 통합하는 기술이지, 광섬유를 없애는 기술이 아닙니다. 외부 장치와 데이터를 주고받으려면 광섬유와 광학 연결 구조가 여전히 필요합니다.