실리콘포토닉스란 — 빛으로 AI 반도체 연결 문제를 풀다

‘연결’이라는 말을 들으면 대부분 케이블이나 전선을 떠올린다. 반도체 세계에서도 오랫동안 그래왔다. 칩과 칩 사이를 잇는 건 언제나 구리선의 몫이었다.

실리콘포토닉스는 이 연결의 정의 자체를 바꾸는 기술이다. 전기 신호 대신 빛으로 데이터를 실어 나른다. 구리선의 시대가 저물고, 빛의 시대가 열리고 있다는 얘기다.

실리콘포토닉스란 정확히 무엇인가

실리콘포토닉스는 반도체 공정으로 만든 칩 위에서 빛(광신호)으로 데이터를 주고받는 기술이다. 전기 신호를 광신호로, 다시 광신호를 전기 신호로 바꿔주는 변환 소자가 핵심이다.

기존 방식은 GPU와 GPU, 혹은 GPU와 메모리 사이를 구리 배선으로 연결했다. 거리가 멀어지거나 전송량이 늘어나면 신호가 약해지고 발열도 커진다는 한계가 뚜렷했다.

빛은 이 한계에서 상당히 자유롭다. 같은 데이터를 훨씬 적은 에너지로, 더 먼 거리까지 보낼 수 있다. 개인적으로는 이 지점이 실리콘포토닉스가 지금 주목받는 진짜 이유라고 본다.

AI 모델이 커질수록 GPU 한 대로는 연산이 끝나지 않는다. 수백, 수천 대의 GPU가 쉬지 않고 데이터를 주고받아야 한다.

이 주고받는 양이 임계점을 넘으면서 구리 인터커넥트가 병목이 되기 시작했다. 필자가 보기엔 지금의 AI 반도체 경쟁이 연산 성능 다음으로 ‘연결 성능’ 싸움으로 넘어가는 단계에 들어섰다.

여기에 앞서 다룬 프로세서-메모리 통합 흐름까지 겹치면, 칩 안팎을 오가는 데이터 이동을 얼마나 효율적으로 처리하느냐가 성능을 가르는 새로운 축이 된다.

표를 보면 실리콘포토닉스가 만능은 아니라는 점도 드러난다. 아직 양산 초기 단계라 구리 인터커넥트만큼 비용 효율이 높지 않다. 다만 방향성은 이미 정해진 것으로 보인다는 게 업계의 대체적인 분석이다.

삼성전자는 최근 실적 발표에서 광통신 모듈 대형 고객사 수주에 성공했다고 밝혔다. 올해 하반기부터 양산을 시작한다는 계획도 함께 내놨다.

파이낸셜뉴스 보도에 따르면, 이 시장을 먼저 잡는 쪽이 AI 반도체 패권 경쟁에서 유리한 고지를 점할 것이라는 전망도 나온다. 다만 공식 양산 성과는 하반기 이후 실적으로 확인해야 할 부분이다.

필자는 실리콘포토닉스를 단순한 부품 기술이 아니라, AI 인프라 경쟁의 다음 전장으로 본다. 연산 칩 성능 경쟁은 이미 포화 상태에 가깝다.

반면 연결 기술은 아직 초기 단계다. 여기서 눈에 띄는 건, 이 싸움이 반도체 기업뿐 아니라 데이터센터 운영사와 클라우드 기업까지 끌어들이고 있다는 점이다.

개인적으로는 앞으로 2~3년 안에 실리콘포토닉스 채택 여부가 AI 인프라 기업의 원가 경쟁력을 가르는 변수가 될 것이라 전망한다. 빛으로 연결하는 반도체가 표준이 되는 시점이, 생각보다 멀지 않았다는 게 필자의 판단이다.