빛으로 데이터 병목 해결...SK하이닉스, 차세대 AI 인프라 'CPO' 로드맵 공개

네이처 일렉트로닉스에 논문 게재…랙·포드 관점에서 CPO 상용화 연구

SK하이닉스가 메모리를 넘어 랙, 포드 등 전체적인 시스템 관점에서 데이터 병목 현상을 해결할 차세대 광 인터커넥트 기술의 청사진을 제시했다.

SK하이닉스는 글로벌 연구진과 함께 차세대 광 인터커넥트 기술인 ‘공동패키징형광학(CPO; Co-Packaged Optics)’의 발전 방향을 담은 논문을 세계적인 학술지 네이처 일렉트로닉스에 게재했다고 20일 밝혔다.

기존 인터커넥트 방식과 CPO 방식의 비교(사진=SK하이닉스)

이번 논문 제목은 '고성능 컴퓨팅 및 인공지능을 위한 CPO 기술(Co-packaged optics for high-performance computing and artificial intelligence)'이다. 홍승훈 SK하이닉스 팀장(AI Infra)과 이규상 버지니아대학교(UVA) 전기컴퓨터공학과 교수가 저자로 참여했으며, 일리노이대학교 어바나-샴페인(UIUC)을 비롯해 난양공과대학교(NTU), 매사추세츠공과대학교(MIT), 연세대학교 연구진이 공동으로 연구를 수행했다.

CPO는 칩과 칩이 긴 전기 배선 대신, 전송 속도가 월등한 빛으로 데이터를 주고받을 수 있도록 광 송수신기(TRx)를 프로세서와 한 패키지 안에 넣는 기술이다. 이를 통해 칩·랙·포드 단위로 통신 범위를 넓히면서도 높은 대역폭 밀도와 에너지 효율, 그리고 전자기 간섭에 강한 신호 무결성 등을 모두 유지할 수 있다.

연구진은 논문에서 차세대 AI 인프라 구현을 위한 기술적 목표(노드당 100 Tb/s 이상의 대역폭, 1pJ/bit 미만의 에너지 소비, 10ns 미만의 칩 간 지연시간 등)를 명확히 규정했다. 또한 2D 패키징에서 2.5D 인터포저, 3D 이종 집적으로 발전하는 기술 경로와 상용화를 위한 핵심 과제까지 종합적으로 체계화하며 기술 로드맵을 완성했다.

광 인터포저를 통해 연산 자원(XPU Pool)과 메모리 자원(Memory Pool)을 광신호로 직접 연결하는 옵틱스 중심 아키텍처 개념도(사진=SK하이닉스)

장기적으로 CPO 기술의 발전 방향은 광 연결을 ‘메모리 인터페이스’까지 확장하는 것이다. 물리적 공간 제약이 따르는 기존 패키징의 한계를 넘어, 광 인터포저로 메모리와 프로세서를 직접 연결하는 ‘옵틱스 중심(Optics-Centric)’ 아키텍처를 구현해 데이터 이동 효율을 극대화하는 구상이다.

이 구조가 도입되면 여러 가속기가 거대한 메모리 풀을 공유할 수 있어, 시스템 수준의 데이터 이동을 더욱 유연하게 설계하고 AI 모델의 대형화에 기민하게 대응할 수 있게 된다.

이 교수는 “광 인터커넥트는 앞으로 AI 인프라를 구성하는 핵심 연결 기술로 자리 잡을 가능성이 높다”며, “관련 기술은 이미 실험실을 벗어나 산업화 초입에 들어섰다”고 진단했다. 

그는 이어 “저전력 광소자 집적부터 일관성 프로토콜, 신뢰성 기술까지 풀어야 할 과제가 많지만, 결국 핵심은 메모리 소자와 컨트롤러, 광소자, 패키지를 하나의 시스템으로 ‘공동 설계(Co-design)’하는 것”이라고 설명했다.

홍 팀장은 “학계의 전문성과 산업계의 현장 경험이 연결되어 AI 인프라의 미래 방향을 함께 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “앞으로도 고객과 산업 생태계에 실질적인 가치를 제공할 수 있는 개방형 협력을 지속 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.