실리콘 포토닉스 (Silicon Photonics)

실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)는 빛으로 데이터를 옮기는 레이저, 변조기, 도파로 같은 광학 부품을 실리콘 칩 위에 곧바로 만드는 방식이다. 광학을 전자소자와 같은 소재 위에 올려, 더 높은 대역폭을 더 낮은 전력으로 낼 수 있다고 약속한다. 그래서 갈수록 늘어나는 데이터를 감당해야 하는 AI 데이터센터를 안에서 잇는 핵심 기술이 됐다.

실리콘 포토닉스란?

전통적인 광학은 개별 부품을 조립해 만든다. 실리콘 포토닉스는 대신 반도체와 같은 공정으로 칩 위에 이들을 제작한다. 실제로는 표준 300mm CMOS 웨이퍼를 쓴다는 뜻이다. 가령 글로벌파운드리스(GlobalFoundries)는 고성능 CMOS, RF, 광학 부품을 같은 칩에 모놀리식으로 집적하는 플랫폼을 소개하며, 자사를 실리콘 포토닉스용 유일한 고용량 300mm CMOS 파운드리로 칭한다(GlobalFoundries). 이렇게 광학을 만들면 더 작고, 대량 생산 시 더 싸며, 전력 효율이 높아진다.

수요의 견인은 실재하고 최근의 일이다. 라이트카운팅(LightCounting)은 AI 클러스터를 받치는 광학 시장(트랜시버에 신생 LPO·CPO를 더한 것)이 2024년 약 50억 달러에서 2026년 100억 달러 이상으로 대략 두 배가 됐다고 추정한다(LightCounting). 더 멀리 보는 산업 전망은 더 넓은 실리콘 포토닉스 인터커넥트 시장도 비슷한 상승 곡선을 그릴 것으로 봐, 2025년 약 36억 9천만 달러에서 2034년 수백억 달러대로 오를 것으로 본다(Global Market Insights).

실리콘 포토닉스는 왜 전력을 아끼나?

데이터를 구리 선으로 밀어 보내는 대신 빛으로 옮긴다는 점이 데이터센터 안에서 이 기술을 매력적으로 만든다. 구리 링크는 데이터 속도가 올라갈수록 신호 품질을 잃고 전력을 더 먹어, 수백 기가비트에 이르면 비트당 에너지 비용이 발목을 잡는다. 실리콘 포토닉스는 이 숫자를 정면으로 친다. 2023년 광 네트워킹·통신 학회(OFC 2023)에서 벨기에 연구소 imec은 비트당 광 에너지 소비를 3.5피코줄까지 낮춘 링 기반 CMOS 실리콘 포토닉스 트랜시버를 시연했고, 이는 800Gbps 대역폭 밀도까지 확장된다(imec). 이 효율 덕에 기술은 실험실에서 구매 계획으로 빠르게 넘어왔다.

“네트워킹 병목이 높은 긴박감을 만들었고, 이는 업계의 실리콘 포토닉스 채택에 대한 강한 참여로 이어지고 있다.” — Joris Van Campenhout, imec 펠로, imec

핵심은 레버리지다. 연산은 끝냈는데 느린 링크를 기다리는 GPU는 낭비된 실리콘이다. 그래서 인터커넥트에서 아낀 1와트는 연산에 풀어주는 1와트가 된다. 클러스터가 가속기 수만 개로 커질수록 이 셈은 불어나고, 하이퍼스케일러가 광 I/O를 케이블 선택이 아니라 1차 설계 과제로 다루는 이유가 된다.

실리콘 포토닉스는 AI 데이터센터에서 어떻게 쓰이나?

가장 빠른 광 트랜시버와 코패키지 광학의 바탕이다. AI 클러스터가 와트당 더 많은 대역폭을 요구할수록, 실리콘 포토닉스는 광 네트워킹·포토닉스 선두 기업들이 앞다퉈 키우는 기술이다.

관련 용어·개념

자주 묻는 질문

실리콘 포토닉스가 AI에 왜 중요한가요?

AI 클러스터는 칩 사이로 엄청난 양의 데이터를 옮겨야 하는데, 실리콘 포토닉스는 광학을 칩에 통합해 전기 링크보다 낮은 전력으로 높은 대역폭을 낸다. 차세대 데이터센터 네트워킹의 핵심인 이유다. LightCounting은 AI 클러스터에 쓰이는 광학 시장이 2024년 약 50억 달러에서 2026년 100억 달러 이상으로 대략 두 배가 됐다고 추정한다.

실리콘 포토닉스는 공동 패키징 광학과 어떻게 다른가요?

실리콘 포토닉스는 바탕이 되는 칩 기술이고, 공동 패키징 광학은 그것을 적용하는 방식이다. 광학 엔진을 별도의 플러거블 모듈이 아니라 스위치 칩 바로 옆에 두는 형태다.

실리콘 포토닉스는 실제로 어떻게 제조되나요?

주류 칩과 같은 플랫폼인 표준 300mm CMOS 웨이퍼 위에서 만들어진다. 예컨대 GlobalFoundries는 고성능 CMOS와 RF, 광학 부품을 하나의 칩에 모놀리식으로 통합하는데, 덕분에 실리콘 포토닉스가 반도체 수준의 물량과 원가로 확장될 수 있다.

출처

  1. Silicon Photonics Market Size, Share & Forecast · Global Market Insights, 2025-10-01
  2. AI creates a new wave in demand for optical transceivers and accelerates LPO/CPO adoption · LightCounting, 2025-01-15
  3. Silicon Photonics technology platform · GlobalFoundries, 2025-11-01
  4. How silicon photonics technology can address the networking bandwidth demand in cloud datacenters and AI/ML applications · imec, 2023-06-01