광통신·CPO 공급망 90개사 분석 도구
AI 및 고속 네트워킹 시대의 핵심 기술인 공장광학(Co-Packaged Optics, CPO)의 기술 개념과 공급망 병목 현상을 분석한 글입니다. 기존 플러그형 광 트랜시버의 한계를 극복하고 전력 소모를 절반으로 줄이며 대역폭 밀도를 극대화하는 CPO 기술이 필수적인 이유를 설명합니다. 더불어 소재부터 최첨단 패키징까지 전 세계 CPO 공급망을 장악하고 있는 핵심 기업들을 상세히 짚어줍니다.
공동 패키지 광학(Co-packaged optics, CPO)이란 무엇입니까?
공동 패키지 광학(CPO)은 광 엔진(InP 레이저, 실리콘 포토닉스 칩렛, 변조기, 광검출기)을 스위치 ASIC이나 AI 가속기와 동일한 패키지 내에 직접 통합하는 기술입니다. 전면 패널 플러그형 트랜시버와 스위치 실리콘 사이의 긴 전기적 배선을 제거함으로써, CPO는 포트당 1.6T~6.4T의 속도를 달성하면서도 비트당 전력 소모를 획기적으로 줄입니다. AI 가속기 패브릭이 단일 랙을 넘어 확장됨에 따라, CPO는 광 I/O를 구현하는 핵심 제한 기술(gating technology)이 되고 있습니다.
4가지 패키지 레이어
InP 레이저 다이(Die) — 연속파 또는 변조된 빛을 방출하는 인-갈-인화(GaInP) 칩. MOCVD 성장 활성층을 기반으로 한 InP 에피택셜 웨이퍼 위에 구축됩니다. 하이브리드 본딩 인터페이스 — 서브마이크론(미세) 정렬을 통해 InP 다이를 실리콘 포토닉스 칩렛에 융합하는 구리-구리 및 산화물-산화물 직접 본딩. 실리콘 포토닉스(SiPh) 칩렛 — CMOS 등급의 실리콘 온 인슐레이터(SOI)에 패터닝된 수동/능동 도파관, 링 변조기, 그레이팅 커플러 및 게르마늄 광검출기. 스위치 ASIC 또는 가속기 — 첨단 패키징을 통해 광학 장치와 불과 몇 인치 떨어져 배치되는 디지털 실리콘(브로드컴 토마호크, 엔비디아 Spectrum-X / Quantum-X, 하이퍼스케일러 맞춤형 XPU).
공급망 병목 현상
SOITEC — 특수 목적 SOI 웨이퍼. SiPh 기판에 대해 사실상 단일 공급원입니다. ASML — 최첨단 스위치 ASIC을 위한 EUV 리소그래피. 전 세계 유일의 공급업체입니다. Sumitomo Electric 및 IQE — InP 에피택셜 웨이퍼. 수개월의 리드 타임을 가지는 복점 체제입니다. EV Group — 웨이퍼 간 하이브리드 본딩 장비. 레이저-실리콘 포토닉스 인터페이스 공정의 속도를 결정하는 핵심 단계입니다. TSMC — 조립된 CPO 스택을 위한 CoWoS-S 및 CoWoS-L 첨단 패키징. Lumentum, Coherent, Sivers Photonics — 수직 통합된 InP 및 상업용 CW/EML 레이저 소스. 특히 Sivers는 비아시아권, 비미국권 파운드리라는 점에서 전략적으로 중요한 위치를 차지합니다. Shin-Etsu 및 SUMCO — SiPh 칩렛에 공급되는 12인치 실리콘 웨이퍼. Linde 및 Air Liquide — EUV 광원 및 III-V족 MOCVD 반응로에서 소비되는 헬륨 및 초고순도 희유 가스.
왜 CPO가 플러그형 트랜시버를 대체하는가?
플러그형 광학 장치는 광 인터페이스를 섀시 전면 패널로 밀어내고, 스위치 실리콘까지 이어지는 길고 손실이 많은 전기 배선의 전력적 페널티를 감수해야 합니다. 800G 속도에서는 이러한 손실이 불편할 정도이지만, 1.6T 속도에서는 더 이상 유지할 수 없는 수준입니다. 광학 장치를 ASIC과 동일한 패키지 내에 배치함으로써 CPO는 배선 손실을 제거하고 비트당 전력을 대략 절반으로 줄이며, 수백만 개의 가속기를 연결하는 AI 트레이닝 패브릭에 필요한 대역폭 밀도를 제공합니다.
브로드컴은 2025년부터 대규모로 CPO 스위치를 출하하기 시작했으며, 엔비디아의 Spectrum-X / Quantum-X / Bailly 플랫폼과 하이퍼스케일러 맞춤형 CPO 스위치는 2026~2027년에 그 뒤를 잇고 있습니다.
저자 Leonardo Boquillón이 큐레이션 및 집필했으며, Substack에서 'Leonardo Boquillón Briefs'라는 이름으로 AI 반도체 공급망, 일본 기술주 및 컴퓨팅 인프라에 대한 주간 분석을 연재하고 있습니다.