LPO는 800G 트랜시버를 어떻게 변화시키고 있습니까?

800G 트랜시버 연결에서 증가하는 전력 문제에 직면하여, 유연성을 저하시키지 않으면서 전력 소비와 비용을 줄이는 솔루션이 있을까요? Linear Pluggable Optics (LPO)가 바로 그 해답을 제공합니다. 이 기사에서는 LPO가 800G 광 모듈을 어떻게 변화시키고 있는지 살펴보고, 데이터 센터 네트워크의 미래를 형성하는 데 있어 CPO와 LPO의 변화하는 역할을 검토합니다.

기존 800G 모듈은 어떤 과제에 직면해 있습니까?

광통신 기술의 업그레이드는 단순한 속도 증가가 아니라 에너지 소비와 성능 간의 절충입니다. 네트워크 속도가 1G에서 증가하면 800G, 신호 처리의 복잡성이 기하급수적으로 증가하여 전력 소비 증가, 비용 상승, 더 엄격한 방열 요구 사항으로 이어집니다.

광 모듈은 거의 전적으로 전체 데이터 센터 링크의 전력 소비와 성능을 결정하는 핵심 부품입니다. 초기 10G 광 모듈은 약 1W만 소비했지만, 오늘날의 800G 모듈은 거의 30W를 소비합니다. 스위치 하나에는 대개 수십 개의 광 모듈이 함께 작동해야 하며, 전체 전력 소비는 쉽게 킬로와트를 초과할 수 있고, 광 모듈은 일반적으로 총 에너지 소비의 40% 이상을 차지합니다. 이는 데이터 속도가 증가할 때마다 데이터 센터가 더 높은 에너지 소비 임계값으로 밀려난다는 것을 의미합니다.

따라서 더 높은 에너지 효율, 더 낮은 비용, 더 단순한 시스템 설계를 추구하는 추세 속에서 업계는 더 가벼운 솔루션인 LPO 기술을 모색해 왔습니다.

LPO 트랜시버 개요

LPO 패키징 기술이란 무엇인가요?

LPO 모듈, 즉 Linear Pluggable Optics 모듈은 DSP 또는 CDR을 제거하여 전력 소비와 지연 시간을 줄이는 데이터 센터용 광 모듈의 한 유형입니다. LPO 모듈은 복잡한 DSP 대신 모듈 자체 내의 고선형성 Trans-Impedance Amplifiers (TIAs) 및 Drivers를 사용하고, 호스트 네트워크 장비의 ASIC에 내장된 이퀄라이제이션 기능에 의존합니다. 따라서 LPO 모듈은 특히 데이터 센터 내의 단거리 연결에 비용 효율적이고 에너지 효율적인 솔루션입니다.

DSP란 무엇인가요?

DSP(Digital Signal Processor)는 고속 디지털 신호 연산에 특화된 칩으로, 신호 등화, 증폭, 오류 수정과 같은 작업을 담당합니다. 고속 기존 광 모듈에서 DSP는 장거리 전송 중 신호 감쇠를 효과적으로 보상하지만, 더 높은 전력 소비와 전체 비용 증가를 수반합니다.

참고: 모든 기존 광 모듈이 DSP를 사용하는 것은 아닙니다. 그러나 고속 모듈에서는 높은 신호 요구 사항을 보장하기 위해 일반적으로 DSP가 필요합니다.

CDR이란 무엇인가요?

CDR(Clock and Data Recovery)은 신호를 복원하고 리타이밍하는 데 사용되는 회로 기술입니다. 일부 저속 광 모듈에서는 CDR이 신호 전송을 안정화하기 위해 일반적으로 사용되지만, 고속 모듈에서는 일반적으로 DSP 내에 통합됩니다. LPO 아키텍처에서는 이 기능도 제거되어 더 단순하고 간소화된 광 모듈 설계가 가능합니다.

LPO vs. 기존 DSP 기반 트랜시버 모듈, 차이점은 무엇인가요?

기존 방식과 달리 DSP 기반 트랜시버 모듈, LPO 기술은 기존 DSP(디지털 신호 처리) 및 CDR(클록 및 데이터 복구) 칩을 제거하여 광 모듈 설계를 간소화하며, 이러한 LPO 모듈은 DSP 기능을 장치 측 스위칭 칩에 통합합니다. 대신 LPO 모듈은 연속 시간 선형 등화(CTLE) 및 등화(EQ) 기능을 포함하는 고선형 드라이버(Driver)와 트랜스임피던스 증폭기(TIA)를 유지합니다. 이 단순화된 설계는 전력 소비와 지연 시간을 크게 줄이지만, 오류율을 약간 높이고 전송 거리를 제한할 수 있습니다.

LPO는 800G Fiber Optic Transceiver를 어떻게 변화시키는가?

전력 소비 감소

DSP 기반 800G 광 모듈과 비교하면, 800G LPO 모듈은 전력 소비를 최대 50%까지 줄일 수 있어 에너지 사용량과 운영 비용 절감을 목표로 하는 데이터 센터에 상당한 이점을 제공합니다. 전력 사용량이 낮아지면 스위치와 서버에서 발생하는 열도 줄어들어 전반적인 에너지 효율 향상에 더욱 기여합니다.

전송 지연 시간 단축

DSP를 제거함으로써 LPO 트랜시버는 추가 처리 단계를 없애 데이터 전송 지연 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다. Dell Technologies의 연구에 따르면, linear pluggable optics는 지연 시간을 최대 90%까지 낮출 수 있습니다.

향상된 비용 효율성

DSP는 기존 플러그형 모듈에서 가장 비싼 구성 요소이므로, 이를 제거하면 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

핫스왑 지원 및 간편한 유지보수

CPO 솔루션과 비교할 때, LPO는 더 큰 유연성과 유지보수 용이성을 제공합니다. CPO 시스템에서는 어떤 장치라도 고장 나면 전체 보드의 전원을 내려 교체해야 하므로 매우 불편합니다. 반면 LPO는 핫 스와핑을 지원하는 기존의 핫 플러그형 설계를 유지하여, 광섬유 케이블링과 장비 유지보수를 간소화하고 더 사용자 친화적인 솔루션을 제공합니다.

LPO는 실제 시나리오에서 어디에 적용됩니까?

고밀도 데이터 센터 상호 연결

하이퍼스케일 데이터 센터에는 서버 클러스터 간의 방대한 데이터 교환이 필요합니다. 기존 플러그형 광 모듈에서 신호 보상에 사용되는 DSP 칩은 전력 소비의 주요 원인입니다. DSP를 제거함으로써 LPO는 개별 광 모듈의 전력 소비와 지연 시간을 크게 줄입니다. 이는 고밀도 배포에서 랙의 전력 소비를 줄여 고속 데이터 센터 상호 연결을 가능하게 하는 핵심 기술이 됩니다.

AI 및 머신 러닝 워크로드

AI 및 머신 러닝 작업에는 고속, 저지연 데이터 교환이 필요합니다. LPO 모듈은 매우 낮은 지연 시간을 제공하여 GPU 클러스터 또는 AI 서버 노드 간의 데이터 전송을 간소화하고 전반적인 컴퓨팅 효율성을 높입니다. 따라서 고주파 통신 시나리오에 특히 적합합니다.

LPO에서 고려해야 할 과제는 무엇입니까?

제한된 전송 거리

DSP를 제거하는 데에는 단점이 있습니다. TIA와 드라이버 칩은 DSP의 기능을 완전히 대체할 수 없어 비트 오류율이 높아집니다. 따라서 전송 거리는 자연스럽게 제한됩니다. 업계에서는 일반적으로 LPO가 데이터 센터 랙 내의 서버-스위치 연결이나 인접 랙 간 상호 연결과 같은 특정 단거리 애플리케이션에만 적합하다고 봅니다. 초기 LPO 구현은 몇 미터에서 수십 미터까지의 거리를 지원하며, 향후 확장 가능성은 최대 500미터에 이를 수 있습니다.

호스트 종속성

LPO는 광 모듈의 일부 신호 처리 기능을 스위치 또는 서버의 ASIC 칩으로 이전합니다. 이는 LPO 모듈의 성능이 더 이상 완전히 독립적이지 않고 호스트의 성능에 크게 의존한다는 의미입니다. 따라서 LPO를 구현하려면 광 모듈 공급업체와 시스템 장비 공급업체 간에 더욱 긴밀한 공동 설계 및 검증이 필요하며, 이로 인해 시스템의 복잡성과 결합도가 높아집니다.

상호 운용성 과제        

현재 LPO 표준화는 아직 초기 단계에 있어 상호 운용성 문제가 발생할 수 있습니다. LPO를 도입하는 기업은 사양과 솔루션을 개발하고, 장치 및 모듈 한계를 테스트하며, 광범위한 통합 및 호환성 테스트를 수행할 수 있는 충분한 기술 전문 지식이 필요합니다.

즉, 여러 공급업체가 있는 환경에서는 강력한 제어와 조정이 없으면 책임 소재 불분명, 책임 전가와 같은 문제가 발생할 수 있어 기존 DSP 기반 솔루션보다 배포가 더 복잡해질 수 있습니다.

CPO vs LPO: 데이터 센터 광 연결을 선도할 기술은 무엇입니까?

먼저 CPO가 무엇인지 간단히 이해해야 합니다. 

Co-Packaged Optics는 동일한 패키지 내에 광학 및 전자 부품을 통합하는 첨단 광학 기술입니다. 이 솔루션은 전기 링크 길이를 단축합니다. 전력 소비와 지연 시간을 줄입니다. 또한 별도의 플러그형 광 모듈을 사용하는 기존 아키텍처에 비해 더 높은 대역폭 밀도를 제공합니다. CPO는 초고대역폭, 낮은 지연 시간, 에너지 효율적인 네트워킹이 중요한 고성능 컴퓨팅(HPC), AI 기반 데이터 센터 및 하이퍼스케일 클라우드 환경에 특히 적합합니다.

다음 표는 LPO와 CPO의 차이점을 보여줍니다.