AI 시대의 데이터 통신 혁신

트랜시버의 세계에서 유일하게 변하지 않는 것은 변화 그 자체입니다. 인공지능의 발전으로 인해, 우리는 지금 근본적인 변혁의 초기 단계에 서 있습니다.

저는 방금Coherent 20주년을 맞이했습니다. 많은 분들이 아시다시피, Finisar(현재 Coherent )는 플러그형 트랜시버 분야의선구자로서, ‘Finisar’라는 이름 자체가 트랜시버의 대명사가 될 정도였습니다.

통신 네트워크에서 기업 데이터센터, 그리고 웹 2.0의 초대형 서버에 이르기까지, 지난 20년 동안 주요 시장 동인의 진화와 혁명적인 변화로 인해 업계는 엄청난 변화를 겪었습니다.

오늘날 우리는 인공지능(AI)과 머신러닝(ML)의 급속한 성장이라는 또 다른 중대한 시장 변화를 목격하고 있습니다. 이러한 기술들은 광 트랜시버 역사의 새로운 장을 열어갈 것이며, 우리는 이미 Coherent 그 첫걸음을 Coherent .

이 이야기는 매우 중요합니다. 트랜시버는 오늘날 우리 삶의 보이지 않는 핵심 요소이기 때문입니다. 우리가 인지하고 있든 그렇지 않든, 우리 대부분은 매일광섬유네트워크와 트랜시버를 사용하고 있습니다.

간단한 예로 검색 엔진을 들 수 있습니다. 검색어를 입력한 후 결과가 반환되기까지 그 사이에 어떤 일이 일어나는지 생각해 본 적이 있나요? 검색 쿼리는 데이터 센터로 전송된 후 광섬유 네트워크를 통해 반환되는데, 이 과정에서 평균 수백 마일을 이동합니다. 데이터 센터 내부에서는 단일 검색 쿼리에 대해 수백 대의 컴퓨터가 답변을 검색하며, 이 컴퓨터들은 광섬유로 연결되어 있습니다. 광 트랜시버는 전기 신호와 광 신호를 서로 변환하는 중요한 역할을 수행합니다. 따라서 오늘 검색을 수행한다면 광섬유 네트워크를 사용하게 되며, 그 신호는 Coherent 통해 전송될 가능성이 높습니다.

왜 AI 혁신에는 네트워크 혁신이 필요한가

시장 관점에서 살펴보겠습니다.

우리 대부분은 OpenAI의 ChatGPT, Google의 Bard, 혹은 Microsoft의 Bing에 관한 기사를 읽어보거나 직접 사용해 본 적이 있을 것입니다. 실제로 OpenAI의 ChatGPT는 역사상 가장 빠르게 성장한 애플리케이션으로 꼽히며, 불과 두 달 만에 사용자 수가 1억 명에 달했습니다.

하지만 여러분은 이렇게 물을지도 모릅니다. 이게 트랜시버와 무슨 상관인가요?

AI는 기존 데이터셋을 기반으로 훈련되어야 하며, 해당 데이터셋에는 수십억 개의 파라미터가 포함될 수 있습니다. 이를 위해서는 막대한 연산 능력이 필요하며, 이러한 연산 능력은 수만 개의 프로세서에 분산되어 있습니다. 이러한 새로운 요구 사항을 충족하기 위해 데이터 센터는 근본적인 아키텍처 개편을 단행하고, AI 및 머신러닝 전용 서버와 네트워크 장비를 추가해야 합니다.

네트워크 프런트엔드(레벨 1)는 여전히 토폴로지 상단(ToR) 스위치에 연결된 백본 스위치로 구성된 기존 아키텍처를 따릅니다. 네트워크의 새로운 가속 컴퓨팅 부분(레벨 0 또는 백엔드)은 AI/ML 서버와 가속 컴퓨팅 장치로 구성되며, 기존 컴퓨팅 및 스토리지와 함께 기존 네트워크에 연결됩니다. 이 네트워크의 각 레벨은 트랜시버를 포함한 광학 인터커넥트를 사용합니다.

AI/ML 서버와 그 연결 구조, 그리고 기존 컴퓨팅 및 스토리지 서버와의 연결로 인해 데이터 센터의 광 링크 수가 증가했습니다.

트랜시버의 속도는 네트워크 성능에 있어 매우 중요합니다. 인공지능 및 기계 학습 문제를 해결하기 위한 네트워크 혁신으로 인해, 당사를 비롯한 업계 동료들은 그 어느 때보다 빠른 속도로 더 고속의 트랜시버를 출시하고 있습니다. 불과 20년 전만 해도 광 트랜시버의 최고 데이터 전송 속도는 10G에 불과했습니다. 오늘날,Coherent 데이터 통신 매출Coherent 50%Coherent 200G 및 그 이상의 데이터 전송 속도를 지원하는 트랜시버에서 발생하고Coherent . 증가하는 AI/ML 애플리케이션 수요에 힘입어 800G 트랜시버는 이미 양산 단계에 접어들었으며, 향후 몇 년 내로 최초의 1.6T 트랜시버가 출시될 것으로 예상됩니다.향후 5년 내, 800G 및 1.6T 데이터 통신 트랜시버의 시장 기회는 다른 모든 유형의 데이터 통신 트랜시버를 합친 것보다 더 클 것으로 예상되며, 이는 주로 AI와 ML에 의해 주도될 것입니다.

Coherent AI 및 ML 요구 사항을 충족하는 완벽한 트랜시버 제품군을 보유하고 Coherent . 이 트랜시버들은 프로토콜에 구애받지 않으므로, 동일한 하드웨어로 이더넷과 무제한 대역폭은 물론 NVIDIA의 NVLink와 같은 AI 및 ML 전용 프로토콜까지 지원할 수 있습니다. 업계에서는 Coherent 트랜시버와 그 핵심 기술 Coherent 널리 인정하고 Coherent .

수직 통합 → 신속한 혁신 → 더 빠른 송수신기

트랜시버의 속도를 높여 이러한 요구를 충족시키려면, 매우 빠른 속도로 혁신을 이뤄내야 합니다. 그렇다면 어떻게 해야 할까요?

수년 동안 우리는 다수의 전략적 투자를 통해 타의 추종을 불허하는 수직 통합 수준을 달성했습니다.당사는 트랜시버를 자체적으로 설계 및 제조할 뿐만 아니라,레이저,검출기, 수동 광학 소자등 다양한 부품을 직접 설계 및 제조하고 있습니다. 새로운 트랜시버를 설계할 때 필요한 신규 부품의 경우, 주요 개발 파트너사로부터 조달하거나 내부에서 직접 설계 및 제조합니다. 당사는 비즈니스 타당성, 출시 시기 및 전략적 고려 사항을 바탕으로 어떤 부분을 내부에서 개발하고 어떤 부분을 공급업체와 공동 개발할지 결정합니다.

Coherent 자체적으로 다양한 송수신기 부품을 개발했습니다. 위 사진:Coherent .

최첨단 데이터 통신 기술로 세상을 연결하다

CTO로서 저는 지난 15년 동안 당사의 데이터 통신 트랜시버 엔지니어링 부서를 이끌어 왔습니다. 시장 수요가 점점 더 증가하고 있는 800G 및 1.6T 트랜시버를 어떻게 수직 통합(특히 일련의 최첨단 레이저 기술)을 통해 개발해 왔는지 차근차근 설명해 드리겠습니다.

800G 및 1.6T 트랜시버에는 채널당 100G 및 200G의 속도를 지원하는 레이저가 필요합니다. 사용되는 레이저의 유형은 데이터 전송 속도와 광섬유 링크 길이에 따라 결정됩니다. 일반적으로,네트워크의 AI/ML 인프라 부분(레벨 0) 내의 상호 연결 거리는 50미터 미만이며, ToR 스위치를 백본 스위치(레벨 1)에 연결하는 상호 연결 거리는 최대 500미터, 스위치를 라우터에 연결하거나 라우터 간을 연결하는 상호 연결(통신 접속) 거리는 2~10km 사이입니다. 이러한 각 거리와 응용 분야는 서로 다른 레이저 기술을 통해 효과적으로 충족될 수 있습니다.

캘리포니아주 프리몬트에 위치한 Coherent 연구개발 실험실.

100m 미만의 링크 거리(0단계 및 1단계 상호 연결의 하위 집합 포함)의 경우,수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)를사용합니다. 이 레이저들은 당사의 갈륨 비소 (GaAs) 기술 플랫폼을기반으로 합니다. VCSEL 솔루션은 일반적으로 비용과 전력 소모가 매우 낮아 100m 미만 연결에 가장 선호되는 레이저입니다. AI/ML 애플리케이션에서 VCSEL 기반 트랜시버에 대한 수요가 매우 높다는 것을 확인할 수 있습니다.

Coherent 유럽에 여러 개의 6인치 GaAs VCSEL 공장을 보유하고 있습니다. 당사는 전 세계에서 가장 큰 생산 규모를 자랑하는 VCSEL 제조사 중 하나로, 데이터 통신 및 소비자용 애플리케이션에 대량의 VCSEL을 공급하고 있습니다. 당사의 단일 채널 속도 100G VCSEL은 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 이미 양산에 들어갔습니다.현재 당사는 단일 채널 속도 200G VCSEL을 연구 중이며, 이를 위해서는 VCSEL 소자 설계 및 제조 공정에 대한 대대적인 변경이 필요합니다.

6인치 갈륨비소 웨이퍼를 기판으로 사용하여 제조된 고속 VCSEL.

VCSEL이 지원하는 거리보다 긴 1단계 스위칭 및 통신 접속의 경우, 단일 모드 장비를 사용해야 합니다. 이러한 장비는인화인듐(InP) 소재로 제작됩니다.Coherent 유럽에 다수의 InP 웨이퍼 공장을 보유하고 있습니다.당사의 InP 기술 플랫폼은 업계에서 대규모 현장 검증을 거친 극소수의 플랫폼 중 하나입니다. 지난 20년 동안 당사는2억 대 이상의 데이터 통신 레이저를현장에 구축했습니다. 당사의 레이저는 전 세계 거의 모든 네트워크 OEM 및 Web 2.0 기업으로부터 인정받아 도입되었으며, 당사는 이러한 풍부한 경험을 바탕으로 단일 모드 800G 및 1.6T 트랜시버를 지원하는 레이저를 개발하고 있습니다.

100미터가 넘는 1급 링크 거리의 경우, 실리콘 포토닉스 기반 트랜시버를 사용할 수 있습니다. 모든 실리콘 포토닉스 제품에는 InP 연속파 (CW) 레이저가 필요합니다. 당사는 이러한 레이저를 시장에 출시하고 있으며, 2022년 9월 유럽 광통신 컨퍼런스(ECOC)에서선보인실리콘 포토닉 기반 800G-DR8 트랜시버와 같은 자체 트랜시버 설계에 이를 적용할 계획입니다.

100미터가 넘는 1급 링크 및 통신 접속(2~10km)의 경우, 전기 흡수 변조 레이저(EML)를 사용할 수 있습니다. 당사는 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 단일 채널 속도 100G의 EML을 제조하고 있으며,예를들어 EML 기반의 800G DR8 트랜시버가 있으며, 당사는 2022년 ECOC에서 이 트랜시버를 선보였습니다. 또한 ECOC에서 당사는 단일 채널 속도 200G의 EML을 출시하여광통신 부문 올해의 혁신상을수상했습니다.

비록 단일 채널 속도 200G의 트랜시버 구현이 기대되지만, EML을 사용하더라도 10km의 전송 거리를 달성하는 것은 여전히 큰 과제입니다. 이러한 응용 분야를 위해 우리는 DFB-MZ라는 새로운 획기적인 레이저 기술에 큰 기대를 걸고 있으며,이는 마하-젠더 간섭계를 갖춘 분산 피드백 레이저를 제작할 수 있음을 의미합니다. 이는 InP 마하-젠더 변조기와 단일 칩으로 집적된 InP 연속파 레이저입니다. 이 레이저 기술은 1.6T 트랜시버의 전송 거리를 10km까지 확장할 것입니다. 이는 확실히 첨단 단일 채널 200G 레이저 기술입니다.

Coherent OFC 2023에서 200G PAM4 단일 칩 집적형 분산 피드백 레이저-마흐-젠더 변조기 기술을 선보였다.

우리의 약속: AI 시대를 선도하는 혁신

의심의 여지 없이, 우리는 인공지능의 시대로 접어들고 있습니다. 사실, 우리는 이미 그 한가운데에 있습니다. Coherent 끊임없는 혁신을 통해 획기적인 기술로 고객이 미래를 개척할 수 있도록 지원하겠다는 약속을 지키고 있습니다.

20년 이상 데이터 통신 트랜시버 분야의 선도 기업 중 하나로 자리매김해 온 우리는, 앞으로도 혁신을 이어가며 기술 선두주자로서의 역할을 다하고, 고객의 요구를 충족시키는 데이터 센터를 위한 포괄적인 솔루션을 제공할 것입니다. 우리는 파트너사와 협력하여 인공지능과 머신러닝의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 돕는 하드웨어 솔루션을 제공하게 되어 기쁘게 생각합니다. 믿기 어렵겠지만,이 분야에서 20년 동안 일해 왔지만, 저는 여전히 이 빠르게 변화하고 영향력 있는광통신세계에서 변함없이 일하고 있으며, 예전과 마찬가지로 활기차게 일하고 있습니다.

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