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[광반도체 혁명] ② 반도체 판도를 바꿀 핵심 열쇠, '실리콘 포토닉스'란

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AI 핵심 요약

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  • 뉴스핌이 5월 19일 실리콘 포토닉스와 광 인터커넥트 기술의 원리와 시장 전망을 분석했다.
  • 실리콘 포토닉스는 기존 CMOS 공정을 활용해 전력·열·신호 손실을 줄이고 CPO·OCI 등으로 AI 데이터센터 대역폭·효율을 극대화하는 기술이다.
  • 인텔·엔비디아·마벨 등 글로벌 빅테크가 관련 기술·투자를 확대하면서 2030년 전후로 광 트랜시버·AI용 광 인터커넥트 시장이 수배 성장할 것으로 전망됐다.

!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.

광 인터커넥터의 현주소는
구글이 증명한 광회로 스위칭의 위력
인텔, 엔비디아, 마블 '같은 방향'

이 기사는 5월 19일 오전 12시19분 '해외 주식 투자의 도우미' GAM(Global Asset Management)에 출고된 프리미엄 기사입니다. GAM에서 회원 가입을 하면 9000여 해외 종목의 프리미엄 기사를 보실 수 있습니다.

[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 반도체 구리 배선을 대체할 신기술 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics, SiPh)를 한 문장으로 정의하면 하나의 실리콘 칩 위에 전자 소자와 광학 소자를 함께 구현하는 기술이라고 할 수 있다.

전통적인 반도체가 전자(electron)의 흐름으로 데이터를 처리한다면 실리콘 포토닉스는 광자(photon), 즉 빛의 입자로 데이터를 전달한다. 두 기술을 하나의 칩에 통합한다는 발상이 혁명적인 이유는 기존 반도체 제조 인프라인 CMOS 공정을 그대로 활용할 수 있기 때문이다.

히타치 하이테크의 기술 문서에 따르면, 실리콘 포토닉스는 기존 반도체 팹이 이미 보유하고 있는 식각(etching) 및 증착(deposition) 장비를 활용해 광학 도파로와 광 변조기, 광 스위치, 광 검출기를 모두 하나의 웨이퍼 위에 통합한다. 완전히 새로운 제조 인프라를 구축할 필요 없이 기존 반도체 팹을 광학 칩 생산에 전용(轉用)할 수 있다는 것. 이는 곧 막대한 비용 절감 효과를 의미한다.

실리콘 포토닉스의 핵심 소재는 SOI(Silicon-on-Insulator) 웨이퍼다. 해당 웨이퍼는 실리콘 기판 위에 산화막(SiO₂) 층을 깔고 그 위에 다시 얇은 실리콘 층을 쌓아 만든다. 실리콘과 산화막 사이의 높은 굴절률 차이 덕분에 빛은 얇은 실리콘 층 안에 고도로 집속된 채 거의 손실 없이 이동하는데, 이를 광 도파로(Optical Waveguide)의 원리라고 한다.

시놉시스(Synopsys)의 기술 백서는 이 구조를 통해 수백 개의 광학 소자를 나노미터(nm) 단위의 정밀도로 단일 칩 위에 집적할 수 있다고 설명한다. 반도체 공정이 수십 년간 갈고 닦은 포토리소그래피 기술, 즉 빛으로 회로를 새기는 기술이 이제 전자 회로뿐 아니라 빛의 경로 자체를 설계하는 데 쓰이는 것이다.

칩 안에서 빛이 이동하는 과정을 단계별로 따라가면 왜 이 기술이 데이터센터를 바꿀 수 있는지 자연스럽게 이해할 수 있게 된다. 전기 신호는 먼저 광 변조기(Optical Modulator)를 통해 빛의 파장 위에 올라탄다. 빛은 수 마이크론 굵기의 도파로를 따라 이동하다가 목적지에서 광 검출기(Photodetector)에 의해 다시 전기 신호로 변환된다.

이 과정에 전자기 간섭(EMI)이 전무하고 신호 감쇄가 극히 미미하며 열 발생이 거의 없다는 점이 구리와의 근본적인 차이다.

포톤델타(PhotonDelta)의 분석에 따르면 이 방식은 구리 기반의 단거리 전기 링크와 비교해 전력 소비를 대폭 낮추면서도 인공지능(AI) 데이터센터가 요구하는 수십 테라비트급 대역폭을 안정적으로 지원할 수 있다.

엔비디아의 CPU 아키텍처 [자료=업체]

APNIC 블로그의 심층 분석이 이 차이를 수치로 명확히 보여준다. 기존 방식의 800G 플러거블 트랜시버 포트당 전력 소비는 약 15W에 달하는 반면 브로드컴이 공개한 CPO(코패키지드 옵틱스) 방식은 동일한 800G 포트당 전력을 약 5.5W로 끌어내렸다. 3배 이상의 전력 절감으로, 64포트짜리 스위치 하나에서만 수백 와트의 전력이 절약된다는 의미다.

EE타임스가 분석한 또 다른 지표는 에너지 효율을 단위 데이터 당 소비 에너지(pJ/bit)로 표현하는데 인텔의 OCI 칩렛이 OFC 2024에서 공개한 수치는 5pJ/bit로, 당시 업계 최고 수준이었다. AI 연산 클러스터에서 초당 수십 테라비트의 데이터를 주고받는 스위치들이 수천 개 존재한다고 볼 때 전력 절감이 데이터센터 운영 경제학을 근본적으로 바꿀 수 있다는 계산이 나온다.

전세계 광 인터커넥터 시장 전망 [자료=데이터인텔로 애널리시스]

광 인터커넥트 기술은 크게 세 단계의 진화 경로를 거치고 있다. 첫 번째는 플러거블 트랜시버(Pluggable Transceiver)다. 지금도 대부분의 데이터센터에서 랙(Rack)과 랙 사이를 연결하는 데 쓰이는 방식으로, 광 모듈을 포트에 꽂았다 뺄 수 있어 유지 보수가 편리하지만 ASIC과의 물리적 거리로 인한 전력 손실이 불가피하다.

두 번째 단계는 LPO(Linear Pluggable Optics, 선형 플러거블 광학)로, DSP(디지털 신호 처리 칩) 없이 전기 신호를 아날로그 형태로 광학 모듈에 직접 전달하는 방식이다. DSP 제거만으로도 기존 플러거블 대비 전력을 약 50% 절감할 수 있다.

세 번째이자 궁극적인 단계가 CPO다. 코패키지드 옵틱스(CPO)는 광학 엔진을 ASIC, GPU, CPU와 동일한 패키지 안에 직접 통합하는 방식으로, 전기 신호가 이동해야 하는 물리적 거리를 센티미터 단위로 최소화한다.

라이트카운팅(LightCounting)의 분석에 따르면 2025년 광 트랜시버 시장에서 실리콘 포토닉스 기반 제품의 점유율은 약 30%였지만 LPO와 CPO의 확산에 힘입어 2030년에는 60%로 두 배 가량 늘어날 전망이다.

시장 조사 업체 마켓앤드마켓(MarketsandMarkets)은 실리콘 포토닉스 전체 시장이 2024년 21억6000만달러에서 2030년 96억5000만달러로 연평균 29.5% 성장할 것으로 예측했다.

이와 별도로 하이퍼프레임 리서치(Hyperframe Research)는 AI 데이터센터용 광 인터커넥트 세부 시장만 추출하면, 분석 기관에 따라 2025년 기준 24억~29억달러 규모에서 2030~2034년 160억~280억달러로 최대 10배 성장할 것이라는 전망이 나온다고 분석했다.

광 인터커넥트가 칩과 칩 사이의 '마지막 1미터'를 빛으로 잇는 기술이라면 광회로 스위칭(Optical Circuit Switching, OCS)은 데이터센터 전체 네트워크 패브릭을 빛의 경로로 재구성하는 기술이다.

전통적인 전기 패킷 스위치는 들어오는 데이터 패킷을 일일이 전기 신호로 처리하고 목적지를 계산하여 내보내는 과정에서 수천 와트의 전력을 소비한다. 반면 OCS는 마이크로 미러(Micro Mirror)나 액정(Liquid Crystal) 소자를 이용해 빛의 물리적 경로 자체를 직접 전환, 이 과정을 통째로 생략한다.

구글이 이를 실제 운영 데이터센터에 적용한 '아폴로(Apollo)' 프로젝트는 이 기술의 실증적 가능성을 업계 전체에 선언한 전환점이었다.

프랑스 파스칼에 피인수 된 캐나다의 포토닉 집적회로 업체 에포닉스(Aeponyx)는 기술 백서에 "광회로 스위치는 전기 사용량을 30% 이상 감축한다"고 밝힌 한편 구글의 아폴로가 세계 최초의 대규모 OCS 상용 배치였다고 명시했다.

앞서 인텔은 2024년 OFC(광섬유 통신 컨퍼런스)에서 업계 최초의 완전 통합형 광학 컴퓨팅 인터커넥트(OCI) 칩렛을 시연했다. 인텔의 자체 실리콘 포토닉스 기술을 기반으로 제작된 칩렛은 하나의 소자 안에 레이저와 광증폭기(SOA)까지 통합하는 완전 자기완결(Self-contained) 구조를 실현했고, 8개 파이버 페어에 파이버당 8개 파장을 활용해 양방향 4Tbps의 전송 속도를 달성했다.

인텔(INTC)은 이미 자사 실리콘 포토닉스 플랫폼을 통해 800만개 이상의 PIC(광 집적회로)와 3200만개 이상의 온칩 레이저를 출하했다고 밝혔다.

2026년 3월에는 엔비디아(NVDA)가 마벨 테크놀로지에 20억 달러를 전략 투자하며 두 기업 간 실리콘 포토닉스 공동 개발 협력을 공식화했다. 하이퍼프레임 리서치에 따르면 이 거래의 핵심은 마벨이 2025년 말 인수한 셀레스티얼 AI(Celestial AI)의 포토닉 패브릭 기술이다.

수백 개의 GPU가 광 인터커넥트를 통해 외부 메모리 풀에 로컬 수준의 속도로 접근할 수 있게 해 메모리 대역폭이라는 또 다른 AI 연산의 병목을 광학으로 해소하려는 시도로 풀이된다.

시장 전문가들은 실리콘 포토닉스가 한계에 부딪힌 '무어의 법칙'을 대체할 새로운 스케일링 경로라고 강조한다. 네이처 커뮤니케이션즈에 발표된 연구에 따르면 전기 패킷 스위치 방식은 데이터 전송률이 높아질수록 비용과 전력 수요가 기하급수적으로 늘어나 근본적인 스케일링의 한계가 명확한 반면 OCS는 수동(passive) 광학 코어 구조 덕분에 장애 허용성(fault tolerance)이 높고 관리 부하가 낮으며, 나노초(ns) 이하의 파장 전환 속도를 구현할 수 있다.

이는 AI 학습과 추론을 위한 GPU 클러스터가 요구하는 수시로 재구성 가능한 동적 네트워크 토폴로지 요건과 정확히 맞아떨어진다는 설명이다.

 

shhwang@newspim.com

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트럼프 "19일 서명·해협 개방 동시에" [워싱턴=뉴스핌] 박정우 특파원 = 도널드 트럼프 미국 대통령은 14일(현지시간) 이란과의 협정 체결을 계기로 호르무즈 해협이 재개방될 것이라고 밝히며, 중동 지역의 긴장 완화와 원유 수송 정상화에 대한 기대를 재차 강조했다. 트럼프 대통령은 이날 소셜미디어 트루스 소셜에 올린 게시글을 통해 "이번 위대한 합의는 중동 전역에 평화와 안보를 가져올 것"이라며 "금요일(19일) 협정 서명과 동시에 해협이 개방되고, 기뢰 제거 작업을 위해 일정 시간이 필요하다"고 밝혔다. 이어 "이를 통해 역내는 물론 전 세계를 향한 원유 흐름이 양방향으로 다시 정상화될 것"이라고 주장했다. 그는 또 "많은 미국 대통령들이 이란과의 평화를 시도했지만 모두 실패했다"며 "역내 지도자들은 처음으로 진정한 평화를 달성할 수 있도록 도울 대통령을 찾았다"고 자평했다. 이는 자신이 추진 중인 대이란 협상이 기존 외교적 시도, 특히 버락 오바마 전 대통령의 이란 핵협정(JCPOA)rhk 차별화된 성과를 낼 것이라는 점을 부각하려는 발언으로 풀이된다. 앞서 트럼프 대통령은 별도의 게시글을 통해 이란 항구에 대한 미 해군의 봉쇄 조치를 "즉각 해제하도록 승인했다"고 밝힌 바 있어, 이번 발언은 군사적 긴장 완화와 해상 교통 정상화를 병행하는 조치의 연장선으로 해석된다. 다음은 트럼프 대통령의 게시글 전문 번역이다. "이번 위대한 합의는 중동 전역에 평화와 안보를 가져올 것이다. 많은 대통령들이 이란과의 평화를 만들려고 시도했지만, 나 이전에는 모두 실패했다. 역내 지도자들은 처음으로 진정한 평화를 달성할 수 있도록 도울 수 있는 대통령을 찾았다. 금요일 협정 서명과 함께 해협이 개방되면, 기뢰 제거를 위한 목적에서 일정 시간이 소요되겠지만, 역내와 전 세계를 향한 원유가 양방향으로 다시 흐르게 될 것이다. 도널드 J. 트럼프 대통령" 도널드 트럼프 미국 대통령의 소셜미디어 트루스소셜 게시글. [사진=트루스 소셜] dczoomin@newspim.com 2026-06-15 08:19
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김명수 前합참의장 구속심사 출석 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄에 가담한 혐의를 받는 김명수 전 합동참모본부 의장이 15일 구속 전 피의자 심문(영장실질심사)을 받기 위해 법원에 출석했다. 서울중앙지법 부동식 내란영장전담 부장판사는 이날 오전 9시 30분부터 내란중요임무종사 혐의를 받는 김 전 의장에 대한 영장실질심사에 들어갔다.  12·3 비상계엄에 가담한 혐의를 받는 김명수 전 합동참모본부 의장이 15일 구속 전 피의자 심문(영장실질심사)을 받기 위해 법원에 출석했다. 사진은 서울 서초구 서울중앙지법 전경. [사진=뉴스핌DB] 이날 심문에 참석한 2차 종합특별검사팀의 김정민 특검보는 "계엄 당시 상황을 잘 설명드리고 당시 합참이 국민이 바라는 바를 전혀 이행하지 못했다는 점을 강조할 것"이라며 "조사 과정에서 계엄을 막고자 행동했던 사람들은 영장 청구 대상에서 제외했고, 현재 심사 대상이 된 사람들은 국민적 요구를 제대로 이행하지 못한 것이 가장 큰 잘못"이라고 말했다. 김 전 의장이 혐의를 부인하는 것과 관련해서는 "법의 세세한 규정을 가지고 의무가 있느냐 없느냐를 따지는 것은 형식 논리"라며 "현역 군인 군령권자 서열 1위인 합참의장이 이 사태에 대해 아무것도 하지 않았고, 이후 '아무것도 할 수 없었다'고 변명하는 것은 국민 상식에 반한다"고 지적했다. 이어 "이번 심사에서는 김 전 의장이 실제로 아무것도 할 수 없는 위치가 아니었다는 점을 정확히 지적할 것"이라고 덧붙였다. 김 특검보는 김 전 의장의 행위가 단순 부작위에 그치지 않았다고도 주장했다. 그는 "계엄 상황실 조성에 협조했고 계엄사 부사령관, 기조실장, 상황실 핵심 인력 대부분이 합참 요원이었다"며 "단편 명령 역시 적극적 지원 행위의 한 예"라고 설명했다. 이어 "참모들과 국가안보실장까지 국회에 투입된 병력 철수를 건의했지만 이를 묵살했다"며 "이는 단순한 도덕적 문제가 아니라 명확한 법적 의무 위반이라고 보고 있다"고 강조했다. 같은 혐의를 받는 이재식 전 합참 전비태세검열차장과 정진팔 전 합참 차장, 김흥준 전 육군본부 정책실장의 영장실질심사는 각각 15일 오전 11시, 오후 2시, 오후 3시 30분에 열린다. 이들은 모두 내란중요임무종사 혐의를 받고 있다. 2차 종합특검은 지난 9일 김 전 의장 등 4명에 대해 사전구속영장을 청구했다.  서울중앙지법 부동식 내란영장전담 부장판사는 15일 오전 9시 30분부터 내란중요임무종사 혐의를 받는 김명수 전 의장에 대한 영장실질심사를 진행한다. 사진은 김명수 전 합참의장이 지난 5월 27일 2차 종합특별검사팀에 출석하는 모습. 2026.05.27 yek105@newspim.com 특검은 김 전 의장이 비상계엄 당시 합참 지휘통제실에서 국회 등에 군 병력이 투입되는 상황을 인지하고도 계엄사령부 구성에 참여하고, 특전사와 수방사에 '계엄 사무를 우선하라'는 취지의 지시를 내린 것으로 보고 있다. 특검은 또 김 전 의장이 계엄 선포 절차의 위법성 문제와 국회 투입 병력 철수 필요성에 대한 보고를 받았음에도 별다른 조치를 하지 않았다는 진술과 관련 자료를 확보한 것으로 알려졌다. 반면 김 전 의장은 특검 조사 과정에서 윤석열 전 대통령의 비상계엄 계획을 사전에 알지 못했으며, 당시 군은 안보 공백 방지와 우발적 충돌 예방을 위한 임무를 수행했을 뿐이라는 입장을 밝혔다. 김 전 의장 등의 비상계엄 가담 의혹은 종합특검의 첫 인지 사건으로, 이번 영장실질심사 결과는 향후 특검 수사의 향방을 가를 첫 분수령이 될 것으로 보인다. pmk1459@newspim.com 2026-06-15 10:17
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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