Co-Packaged Optics (CPO)

개요

Co-Packaged Optics(CPO)는 고속 네트워크 장비에서 스위치 ASIC(칩)과 광 트랜시버(optical transceiver)를 하나의 패키지로 통합하여, 기존 전기 신호 기반의 전송 구조에서 발생하는 전력 소모, 대역폭 제한, 신호 간섭 문제를 해결하는 차세대 인터커넥트 기술입니다. 800G~1.6T 시대의 도래에 맞춰 초고속, 저전력, 고밀도 네트워킹을 구현하는 핵심 기술로 각광받고 있습니다.

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1. 개념 및 정의

기존 광 모듈은 스위치/서버 칩셋 외부에 장착되어 전기 인터페이스를 통해 연결되었지만, CPO는 스위치/ASIC와 광 엔진이 같은 패키지 또는 인접한 기판 위에 직접 통합됩니다. 이를 통해 전기 신호 전달 거리 축소, 신호 변형 최소화, 전력 효율성 향상이 가능해집니다.

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2. 기존 구조와 CPO 구조 비교

항목	전통적 구조	Co-Packaged Optics
신호 인터페이스	전기(RJ-45, QSFP, etc)	광(전기 → 광 변환 지연 최소화)
칩 ↔ 광 모듈 거리	수 cm 이상	mm 단위 또는 동일 패키지 내
전력 소모	고속 신호 드라이버 필요	드라이버 소형화 또는 제거
대역폭 한계	100G~400G 중심	800G~1.6T 이상 대비 가능

CPO는 특히 5nm 이하 고집적 스위치 칩과 112G/224G PAM4 인터페이스와 시너지를 이룹니다.

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3. 구성 요소 및 동작 원리

구성 요소	설명	역할
Switch ASIC	고속 라우팅/스위칭 기능 수행	전기 신호 처리 중심 처리 장치
Optical Engine	전기-광 신호 변환 모듈	PAM4 신호 기반 고속 변환
Silicon Interposer	광 엔진과 ASIC 간의 패키징 연결	전기적 손실 최소화 역할
External Laser Source	레이저 소스를 외부에서 제공	패키지 내 발열 관리 효율화

CPO 구조는 특히 열 관리, 신호 무결성, 패키징 기술의 정밀성이 요구됩니다.

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4. 기술적 이점

이점	설명	효과
전력 효율 향상	고속 I/O 드라이버 제거 또는 축소	ASIC 소비 전력 최대 30% 절감
고속화 대응	짧은 전기 경로로 신호 감쇠 최소화	112G ~ 224G 전송 효율 개선
패키지 밀도 증가	외부 포트 수 감소 → PCB 공간 절약	고집적 시스템 설계 가능
신호 무결성 확보	전기 간섭(Crosstalk) 최소화	통신 신뢰성 향상

CPO는 특히 AI 데이터센터, 클라우드 팹릭, 하이퍼스케일 환경에 이상적입니다.

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5. 적용 분야 및 도입 동향

분야	설명	기업 사례
AI/ML 클러스터	GPU ↔ GPU 고속 통신	NVIDIA, Intel, Broadcom 등 개발 중
하이퍼스케일 데이터센터	스위치 ↔ 서버 간 초고속 트래픽 처리	Meta, Google, Microsoft 연구 중
광통신 모듈 제조	CPO 전용 패키지 개발	Intel Silicon Photonics, InnoLight 등
테스트/측정 장비	224G PAM4 CPO용 인터페이스 검증	Keysight, Anritsu, VIAVI 등

산업계에서는 2025년 이후 CPO 상용화 대량 확산이 예측되고 있습니다.

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6. 기술적 고려사항 및 과제

고려사항	설명	대응 전략
열 설계	광엔진과 ASIC의 발열 동시 관리 필요	외부 레이저, 고효율 방열 구조 설계
생산 공정	고정밀 패키징 및 광정렬 필요	Co-design 및 자동화 테스트 도입
표준화	다중 벤더간 호환 표준 부족	OIF, IEEE, COBO 협력 진행 중
유지보수성	통합형 구조의 교체/수리 어려움	모듈형 광 엔진 분리 구조 설계 고려

CPO의 대규모 채택을 위해서는 산업 전체의 생태계 정비가 필요합니다.

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7. 결론

Co-Packaged Optics는 미래 고속 네트워킹 시대를 위한 핵심 기술로, 전력 효율, 신호 무결성, 대역폭 확장성을 모두 만족시키는 차세대 인터커넥트 솔루션입니다. 800G/1.6T를 넘어 3.2T 시대를 준비하는 데이터센터와 AI 컴퓨팅 환경에서, CPO는 필연적인 기술 진화의 중심에 서 있으며, 광전 집적과 패키지 기술 혁신을 통해 본격적인 도입이 임박하고 있습니다.