Photonic Interconnects(광 인터커넥트)

개요

Photonic Interconnects(광 인터커넥트)는 데이터 전송을 위해 전자가 아닌 광자(Photon)를 매개체로 활용하여 초고속, 초저전력, 초대역폭 통신을 실현하는 핵심 기술입니다. 기존 전기 기반 인터커넥트의 속도 및 발열 한계를 극복하기 위해 데이터센터, 고성능 컴퓨팅(HPC), AI 가속기, 클라우드 인프라 등 다양한 분야에서 Photonic Interconnects는 필수적인 기술로 부상하고 있습니다.

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1. 개념 및 정의

항목	설명
정의	광자 기반 매체를 통해 칩 내, 칩 간, 서버 간 초고속 데이터 전송을 수행하는 통신 기술
목적	대역폭 병목 해소, 전력 소모 절감, 전송 지연 최소화
필요성	AI, HPC, 클라우드 네이티브 시대에 맞춘 고효율 데이터 전송 아키텍처 구축 필요

Photonic Interconnects는 "Compute-Storage-Network" 모든 계층을 혁신합니다.

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2. 특징

특징	설명	비교
초고속 전송	빛의 속도로 데이터 이동	기존 전기적 신호 전송 대비 수십~수백 배 향상
초저전력 소비	광자는 이동 시 발열 및 전력 소모가 거의 없음	전자 기반 인터커넥트 대비 에너지 효율 월등
고밀도 대역폭 지원	다중 파장 분할(WDM) 기술로 동시에 다수 데이터 전송 가능	단일 채널 전송 대비 처리량 극대화

Photonic Interconnects는 특히 AI 클러스터, 슈퍼컴퓨터, 엣지 네트워킹에서 중요성이 커지고 있습니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	예시
Silicon Photonics Transceiver	전기-광 변환 및 광-전기 변환 기능 통합 칩	Intel Silicon Photonics Module
Optical Fiber/Waveguide	빛을 전송하는 매체 (광섬유, 실리콘 웨이브가이드)	Co-Packaged Optics(CPO) 시스템
Multiplexer/Demultiplexer	다중 파장(WDM) 신호를 통합 및 분리	CWDM, DWDM 기술 적용
Photodetector	광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자	Avalanche Photodiodes (APD) 활용

특히 Co-Packaged Optics(CPO) 기술은 Photonic Interconnects 상용화 가속화의 핵심입니다.

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4. 기술 요소 및 운용 방식

기술	설명	적용 사례
Silicon Photonics Integration	기존 CMOS 공정 기반 광회로 집적 기술	저비용, 대량 생산 가능
WDM(Wavelength Division Multiplexing)	다중 파장으로 데이터 동시 전송	400G, 800G 네트워크 인터페이스 적용
Co-Packaged Optics(CPO)	스위치 ASIC과 광 트랜시버를 하나로 통합	데이터센터 스위치 인터커넥트 혁신
Optical I/O	CPU/GPU 메모리 및 IO 인터페이스 광 기반 구현	AI 가속기 내 Memory Disaggregation 지원

Photonic Interconnects는 AI-HPC 패브릭 구축에 필수적인 요소로 인식되고 있습니다.

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5. 장점 및 이점

장점	설명	효과
전송 지연 극소화	신호 지연(latency)을 수 ns 수준으로 최소화	실시간 데이터 분석, AI 트레이닝 가속
에너지 효율 극대화	전력당 데이터 전송량(GB/W) 비약적 향상	데이터센터 OPEX(운영비용) 절감
네트워크 스케일 확장성	대역폭 병목 없이 AI 클러스터 수평 확장 가능	초대규모 LLM 학습 인프라 구축 지원

특히 Generative AI, 6G 네트워킹, 메타버스 인프라 구축에 핵심이 될 전망입니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	설명	고려사항
데이터센터 서버 간 광인터커넥트	CPO 기반 스위치-서버 초고속 연결 구축	광 트랜시버 발열 및 패키징 이슈 해결 필요
AI 슈퍼컴퓨터 내부 Fabric 최적화	AI 노드 간 초저지연, 초대역폭 통신 구현	시스템 전체 동기화 최적화 필요
엣지 컴퓨팅-5G/6G 통합 네트워크	광 기반 엣지-클라우드 간 연결 최적화	저비용/저전력 광소자 개발 필요

도입 시 열관리(Photonic Thermal Management) 및 표준화 추진 상황을 주의 깊게 모니터링해야 합니다.

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7. 결론

Photonic Interconnects는 데이터 중심 사회로 전환하는 현대 기술 환경에서 필수적인 인프라로 자리매김하고 있습니다. AI, 클라우드, 네트워킹의 극한 성능 요구사항을 만족시키기 위해, 조직은 광 기반 통신 기술 도입을 적극적으로 고려해야 하며, 특히 Silicon Photonics + Co-Packaged Optics 트렌드를 중심으로 인프라 전략을 재편할 필요가 있습니다.