AI 시대의 데이터 통신 혁신

트랜시버의 세계에서 변화만이 유일한 상수이며, 우리는 인공지능의 발전 덕분에 거대한 변화의 시작 단계에 서 있습니다.

제가 Finisar/II-VI/Coherent와 함께한 기간이 얼마 전에 20년이 되었습니다.  많은 분들이 아시다시피 Finisar(현재 Coherent)는 플러그형 트랜시버의 선도 업체였기 때문에 Finisar라는 이름은 트랜시버와 거의 동의어로 여깁니다.

통신 네트워크부터 기업 데이터 센터, 웹 2.0 하이퍼스케일러에 이르기까지 각 분야의 주요 시장에서 지속적으로 혁신적인 변화가 일어나면서 지난 20년 동안 많은 변화가 있었습니다.

오늘날 우리는 인공지능(AI)과 기계 학습(ML)의 눈부신 발전으로 인해 이 분야에서 일어나고 있는 획기적인 시장 변화를 목격하고 있습니다. 이러한 응용 분야는 광 트랜시버의 다음 시대를 정의할 것이며, Coherent는 이미 그 시대를 선도하고 있습니다.

트랜시버는 우리가 살고 있는 현대 사회에서 눈에 보이지는 않지만 매우 중요한 역할을 합니다. 우리가 인지하든 그렇지 않든, 우리 대부분은 매일 광섬유 네트워크와 트랜시버를 사용하고 있습니다.

한 가지 간단한 예는 검색 엔진의 사용입니다.  검색 쿼리를 입력한 후 결과가 반환될 때까지 무슨 일이 일어나는지 생각해 본 적이 있습니까?  평균적인 검색 쿼리는 수백 마일을 이동해 데이터 센터로 이동한 후 다시 광섬유 네트워크를 통해 돌아옵니다.  데이터 센터 내부에서 하나의 검색 쿼리가 수백 대의 컴퓨터를 사용해 답을 검색합니다.  이러한 컴퓨터는 광섬유를 사용하여 네트워크로 연결됩니다.  광 트랜시버는 전기 신호를 광 신호로 변환하고 다시 반대로 변환하는 중요한 기능을 수행합니다.  따라서 오늘 검색을 실행했다면 여러분은 광섬유 네트워크를 사용한 것이고 신호는 Coherent 트랜시버를 통해 전송되었을 가능성이 큽니다.

AI 혁신에 네트워킹 혁신이 필요한 이유

먼저 시장 관점에서 말씀드리겠습니다.

우리 대부분은 OpenAI의 ChatGPT, 구글의 Bard, 마이크로소프트의 Bing에 대해 들어보거나 직접 사용해 본 적이 있을 것이라고 확신합니다. 사실, OpenAI의 ChatGPT는 역사상 가장 빠르게 성장한 앱으로 불리며, 불과 2개월 만에 1억 명의 사용자를 돌파했습니다.

하지만 이것이 트랜시버와 무슨 관련이 있는지 궁금해하실 수도 있습니다.

AI는 수십억 개의 매개변수를 포함할 수 있는 기존 데이터 세트로 훈련되어야 합니다. 이를 위해서는 수만 개의 프로세서에 분산된 막대한 컴퓨팅 성능이 필요합니다. 이러한 새로운 요구 사항을 해결하기 위해 데이터 센터는 특히 AI 및 ML 전용 서버와 네트워킹 장비를 근본적으로 재설계하고 추가하고 있습니다.

네트워크의 프런트 엔드(레벨 1)는 리프/ToR(top-of-rack) 스위치에 연결된 스파인 스위치의 기존 아키텍처를 그대로 유지합니다.  AI/ML 서버와 가속 컴퓨팅 장치로 구성된 네트워크의 새로운 가속 컴퓨팅 부분(레벨 0 또는 백엔드)은 기존 컴퓨팅 및 스토리지와 함께 기존 네트워크에 추가됩니다. 트랜시버를 포함한 광 상호 연결은 이 네트워크의 모든 레벨에서 사용됩니다. 

AI/ML 서버 및 관련 연결 장비는 기존 컴퓨팅 및 스토리지 서버와의 연결과 더불어 데이터 센터의 광 링크 수를 늘립니다.

트랜시버의 속도는 네트워크 성능에 매우 중요합니다.  AI와 ML 처리를 위한 네트워크 변화로 인해 당사를 비롯한 업계의 다른 기업들은 그 어느 때보다 빠른 속도로 고속 트랜시버를 출시하게 되었습니다. 불과 20년 전만 해도 광 트랜시버의 최고 데이터 전송 속도는 10G였습니다. 오늘날 Coherent의 데이터 통신 매출의 50% 이상이 200G 이상의 데이터 전송 속도를 지원하는 트랜시버에서 발생합니다.  AI/ML 채택 증가에 따른 수요에 힘입어 800G 트랜시버가 생산되고 있으며, 향후 몇 년 내에 최초의 1.6T 트랜시버가 출시될 것으로 기대됩니다. 5년 이내에 800G 및 1.6T 데이터 통신 트랜시버의 시장 기회는 다른 모든 유형의 데이터 통신 트랜시버를 합친 것보다 클 것으로 예상되며, 이는 주로 AI와 ML에 의해 주도될 것입니다.

코히어런트(Coherent)는 이미 AI 및 ML 분야에서 요구되는 사양을 충족하는 완벽한 트랜시버 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 이러한 트랜시버는 프로토콜에 구애받지 않으므로, 동일한 트랜시버 하드웨어로 이더넷과 인피니밴드(InfiniBand)를 지원할 수 있을 뿐만 아니라, NVIDIA의 NVLink와 같은 AI 및 ML 전용 프로토콜도 지원할 수 있습니다.  코히어런트는 이러한 트랜시버 및 관련 핵심 기술 분야의 전문 기업으로 널리 인정받고 있습니다.

수직 통합 → 신속한 혁신 → 더 빠른 트랜시버

이러한 요구를 충족하기 위해 트랜시버의 속도를 높이려면 혁신의 속도가 매우 빨라야 했습니다. 이를 어떻게 구현할 수 있을까요?

당사는 수년에 걸쳐 독보적인 수준의 수직 통합을 실현하기 위한 전략적 투자를 진행해 왔습니다. 당사는 트랜시버를 자체적으로 설계 및 제조할 뿐만 아니라, 레이저, 검출기 및 수동 광학 소자를 포함한 다양한 구성 요소도 직접 설계하고 제조합니다.  새로운 트랜시버를 설계할 때 새로운 부품이 필요한 경우, 당사는 주요 개발 파트너사 중 한 곳에서 해당 부품을 조달하거나 내부적으로 설계 및 제조합니다. 당사는 비즈니스 타당성, 출시 시기 및 전략적 고려 사항을 바탕으로 자체 개발할 부분과 공급업체와 공동 개발할 부분을 결정합니다.

코히어런트는 사내에서 트랜시버용 부품을 다수 개발합니다. 위: 코히어런트가 개발한 집적 회로.

최첨단 데이터 통신 기술을 통한 세상 연결

코히어런트(Coherent)가 데이터 통신 트랜시버 엔지니어링 분야에서 쌓아온 풍부한 경험을 바탕으로, 당사의 수직 통합 구조가 갖는 강점과, 특히 다양한 최첨단 레이저 기술을 활용하여 시장에서 수요가 증가하고 있는 800G 및 1.6T 트랜시버를 제조하는 방법에 대해 자세히 소개해 드리겠습니다.

800G 및 1.6T 트랜시버에는 100G/레인 및 200G/레인 레이저가 필요합니다. 사용되는 레이저 유형은 데이터 전송 속도와 광섬유 링크 길이에 따라 결정됩니다.  일반적으로 네트워크의 AI/ML 패브릭 부분(레벨 0)의 상호 연결 거리는 50m 미만이며, ToR 스위치를 스파인 스위치에 연결하는 상호 연결(레벨 1)은 최대 500m이고, 스위치를 라우터에 연결하거나 라우터를 라우터에 연결하는 상호 연결(Telecom Access)은 2~10km 사이입니다.  이러한 각 거리와 응용 분야에 따라 서로 다른 레이저 기술을 사용하는 것이 가장 효과적입니다.

캘리포니아주 프리몬트에 있는 Coherent 트랜시버 R&D 연구소.

링크 거리가 100m 미만인 경우, 레벨 0 상호 연결 및 레벨 1 상호 연결의 하위 집합을 포함하여 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)가 사용됩니다. 이는 갈륨 비소(GaAs) 기술 플랫폼을기반으로 합니다. VCSEL은 일반적으로 가장 저렴하고 전력 소모가 가장 적은 솔루션이며, 100m 미만의 연결에 적합한 레이저입니다.  AI/ML 응용 분야를 위한 VCSEL 기반 트랜시버에 대한 수요가 상당합니다.  

코히어런트(Coherent)는 미국과 유럽에 다수의 6인치 GaAs VCSEL 제조 시설을 보유하고 있습니다. 당사는 데이터 통신 및 소비자용 애플리케이션 분야 모두에 VCSEL을 공급하는 세계 최대 규모의 VCSEL 제조업체 중 하나입니다.  코히어런트의 100G/레인 VCSEL은 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 생산 중입니다. 현재 200G/레인 VCSEL에 대한 연구를 진행 중이며, 이 연구를 통해 VCSEL 소자의 설계 및 제조에 상당한 변화가 필요할 것으로 보입니다.

6인치 갈륨 비소 웨이퍼로 제조된 고속 VCSEL.

VCSEL이 지원할 수 있는 거리보다 더 먼 거리를 위한 레벨 1 스위칭 및 통신 액세스에는 단일 모드 장치가 사용됩니다. 이러한 장치는 인화인듐(InP) 소재로 제작됩니다.  Coherent는 미국과 유럽에 다수의 InP 공장을 보유하고 있습니다. 당사의 InP 기술 플랫폼은 업계에서 현장에서 실제로 검증된 몇 안 되는 플랫폼 중 하나이며, 지난 20년 동안 현장에 배치된 데이터 통신 레이저는 2억 개가넘습니다.  당사의 레이저는 전 세계 거의 모든 네트워크 OEM 및 웹 2.0에 적합하며, 이에 따라 배치되었으며, 당사는 이러한 심도 있는 경험을 활용하여 싱글 모드 800G 및 1.6T 트랜시버를 지원하는 레이저를 개발합니다.

레벨 1 링크 거리가 100m를 초과하는 경우 실리콘 포토닉스 기반 트랜시버를 사용할 수 있습니다. 모든 실리콘 포토닉스 제품은 빛을 생성하기 위해 InP 연속파(CW) 레이저가 필요합니다.  당사는 이러한 레이저를 시장에 출시하고 있으며, 2022년 9월 ECOC(European Conference on Optical Communications)에서 시연한실리콘 포토닉스 기반 800G-DR8 트랜시버와 같은 자체 트랜시버 설계에도 이를 활용할 계획입니다.

100m를 초과하는 레벨 1 링크 및 통신 액세스(2~10km)의 경우, 전계 흡수 변조 레이저(EML)를 사용할 수 있습니다.  당사는 EML 기반 800G DR8 트랜시버와같은 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 100G/레인 EML을 제조하고 있으며, 이는 2022년 ECOC에서 시연된 바 있습니다. 또한 ECOC에서 200G/레인 EML을 소개하여 Lightwave Innovation Reviews Award를수상했습니다.

200G/레인 트랜시버를 기대하는 상황에서, EML을 사용하더라도 10km의 전송 거리를 달성하는 것은 어려운 과제입니다. 이러한 응용 분야에서 당사는 DFB-MZ라고 불리는 최신의 획기적인 레이저 기술을 기대하고 있습니다. 이는 Distributed Feedback Laser with Mach Zehnder를 의미합니다.  이는 InP Mach-Zehnder 변조기와 일체형으로 통합된 InP CW 레이저입니다. 이 레이저 기술 덕분에 최대 10km까지 도달하는 1.6T 트랜시버도 가능해질 것입니다. 이는 레인당 200G 레이저 분야에서는 최첨단 기술입니다.

코히어런트는 OFC 2023에서 200G PAM4 일체형 통합 분산 피드백 레이저-마흐-젠더 변조기 기술을 시연했습니다.

우리의 약속: AI 시대의 혁신 강화

우리가 AI 시대에 접어들고 있다는 사실에는 의심의 여지가 없습니다. 사실, 우리는 이미 그 시대에 접어들었습니다. 혁신의 선두주자로서 우리의 약속은 혁신적인 기술을 통해 고객이 미래를 주도할 수 있도록 돕는 것입니다.

당사는 20년 넘게 데이터 통신 트랜시버 분야의 선두 자리를 지켜왔으며, 앞으로도 지속적인 혁신을 통해 기술 리더로서의 입지를 공고히 하고, 고객의 요구 사항을 충족하는 데이터 센터를 구축할 수 있도록 대량 생산 솔루션을 제공할 것입니다.  AI 및 ML을 최대한 활용하는 데 도움이 되는 하드웨어 솔루션을 제공하게 되어 기쁩니다. 믿기 어려우시겠지만, 20년이 지난 지금도 저는 이처럼 빠르게 변화하고 영향력 있는 광통신분야에서 일하는 것에 기쁨을 느낍니다.

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