AI 시대의 데이터 통신 혁신

Coherent가 차세대 데이터 센터용 인공 지능 및 머신 러닝의 혁신을 지원하는 방법.

최고 기술 책임자

2023년 6월 23일 Coherent 제공

트랜시버의 세계에서는 변화만이 유일한 상수이며, 우리는 인공 지능의 발전 덕분에 큰 변화의 초기 단계에 서 있습니다.

저는 최근 Finisar/II-VI/Coherent와 함께한 지 20주년을 맞았습니다. 많은 분들이 아시다시피 Finisar(현재 Coherent)는 플러그형 트랜시버의 선도 업체였기 때문에 Finisar라는 이름은 트랜시버와 거의 동의어로 여깁니다.

통신 네트워크에서 엔터프라이즈 데이터 센터, 웹 2.0 하이퍼스케일러에 이르기까지 주요 시장 동인의 진화적이고 혁신적인 변화로 인해 지난 20년 동안 많은 변화가 있었습니다.

오늘날 우리는 인공 지능(AI)과 기계 학습(ML)의 극적인 성장으로 이 분야에서 일어나는 극적인 시장 전환을 목격하고 있습니다. 이 응용 분야가 광학 트랜시버 이야기의 다음 장의 윤곽을 드러낼 것이며, Coherent는 이미 이 장을 쓰고 있습니다.

트랜시버는 우리가 사는 현대 세계에서 눈에 보이지는 않지만 매우 중요한 역할을 합니다. 인식하든 못하든, 우리 대부분은 매일 광학 파이버 네트워크와 트랜시버를 사용합니다.

한 가지 간단한 예는 검색 엔진의 사용입니다. 검색 쿼리를 입력한 후부터 결과가 나오는 시점 사이에 어떤 일이 발생하는지 생각해 본 적이 있습니까? 평균 검색 쿼리는 광학 파이버 네트워크를 통해 데이터 센터까지 수백 마일을 오갑니다. 데이터 센터 내에서 단일 검색 쿼리는 수백 대의 컴퓨터를 사용하여 답변을 검색합니다. 이러한 컴퓨터는 광학 파이버를 사용하여 네트워크로 함께 연결됩니다. 광학 트랜시버는 전기 신호를 광학 신호로 변환하고 광학 신호를 다시 전기 신호로 변환하는 중요한 기능을 수행합니다. 따라서 오늘 검색을 실행했다면 광학 파이버 네트워크를 사용했고 신호가 Coherent 트랜시버를 통해 전송되었을 가능성이 큽니다.

AI 혁신에 네트워킹 혁신이 필요한 이유

시장 관점부터 시작하겠습니다.

우리 대부분은 OpenAI의 ChatGPT, Google의 Bard 또는 Microsoft의 Bing에 대해 읽거나 사용했을 것입니다. 사실 OpenAI의 ChatGPT는 불과 두 달 만에 사용자 1억 명을 달성하면서 역사상 가장 빠르게 성장한 앱으로 불립니다.

그러나 이것이 트랜시버와 무슨 관련이 있는지 궁금할 수 있습니다.

AI는 수십억 개의 매개변수를 포함할 수 있는 기존 데이터 세트에서 교육을 받아야 합니다. 이를 위해서는 수만 개의 프로세서에 분산되어 있는 상당한 컴퓨팅 성능이 필요합니다. 이 새로운 요구 사항을 해결하기 위해 데이터 센터는 특히 AI 및 ML 전용 서버 및 네트워킹 장비를 근본적으로 재설계하고 추가하고 있습니다.

네트워크의 프런트 엔드(레벨 1)는 리프/ToR(top-of-rack) 스위치에 연결된 스파인 스위치의 기존 아키텍처로 남아 있습니다. AI/ML 서버와 가속 컴퓨팅 장치로 구성된 네트워크의 새로운 가속 컴퓨팅 부분(레벨 0 또는 백엔드)은 기존 컴퓨팅 및 스토리지와 함께 기존 네트워크에 연결됩니다. 트랜시버를 포함한 광학 상호 연결은 이 네트워크의 모든 수준에서 사용됩니다.

그림 1: AI/ML 서버 및 해당 연결 직물은 기존 컴퓨팅 및 스토리지 서버에 대한 연결과 함께 데이터 센터의 광학 링크 수를 늘립니다.

트랜시버의 속도는 네트워크 성능에 매우 중요합니다. AI 및 ML용 네트워크 준비를 위해 당사와 관련 업계의 기업들은 그 어느 때보다 신속하게 고속 트랜시버를 도입하고 있습니다. 불과 20년 전만 해도 광학 트랜시버의 최고 데이터 속도는 10G였습니다. 오늘날 Coherent 데이터 통신 수익의 50% 이상이 200G 이상의 데이터 속도 트랜시버에서 발생합니다. 증가하는 AI/ML 채택 수요에 힘입어 800G 트랜시버가 생산되고 있으며 최초의 1.6T 트랜시버가 향후 몇 년 내에 출시될 것으로 예상됩니다. 주로 AI와 ML이 주도하는 데이터콤 트랜시버의 시장에서는 5년내에 800G 및 1.6T 사양이 다른 모든 데이터 통신 트랜시버를 합친 것보다 더 커질 것으로 예상됩니다.

Coherent는 이미 AI 및 ML이 설정한 요구 사항에 부합하는 완전한 트랜시버 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 이 트랜시버는 프로토콜에 구애받지 않습니다. 즉, 동일한 트랜시버 하드웨어가 이더넷 및 InfiniBand는 물론 NVIDIA의 NVLink와 같은 AI 및 ML용 독점 프로토콜을 지원할 수 있습니다. Coherent는 이러한 트랜시버와 해당 핵심 기술 분야의 전문 기업으로 널리 인정받고 있습니다.

수직 통합 → 빠른 혁신 → 더 빠른 트랜시버

이러한 요구를 충족할 수 있도록 트랜시버의 속도를 높이려면 혁신 속도가 매우 빨라야 했습니다. 어떻게 하면 이를 구현할 수 있을까요?

당사는 수년에 걸쳐 고유한 수준의 수직적 통합을 제공하는 전략적 투자를 해왔습니다. 우리는 내부적으로 트랜시버를 설계 및 제조할 뿐만 아니라 레이저, 검출기 및 수동 광학 장치를 포함한 여러 구성 요소를 설계 및 제조합니다. 새로운 구성 요소가 필요한 새 트랜시버를 설계할 때는 소중한 개발 파트너 중 한 곳에서 해당 구성 요소를 소싱하거나 내부적으로 설계 및 제조합니다. 우리는 비즈니스 사례, 시장 출시 시간 및 전략적 고려 사항을 바탕으로 내부적으로 무엇을 개발할지, 또 공급업체와 함께 무엇을 개발할지 결정합니다.

그림 2: Coherent는 내부적으로 트랜시버용 구성 요소를 많이 개발합니다. 위: Coherent가 개발한 집적 회로.

최첨단 데이터 통신 기술을 통한 세상 연결

CTO이자 15년 동안 Coherent의 데이터 통신 트랜시버 엔지니어링의 전 리더의 입장에서 우리가 수직 통합, 특히 다양한 최첨단 레이저 기술을 사용하여 시장의 요구가 늘어나는 800G 및 1.6T 트랜시버를 만드는 방법에 대해 자세히 설명해 드리겠습니다.

800G 및 1.6T 트랜시버에는 100G/레인 및 200G/레인 레이저가 필요합니다. 사용되는 레이저 유형은 데이터 속도와 파이버 링크 길이에 따라 결정됩니다. 일반적으로 네트워크의 AI/ML 직물 부분(레벨 0)의 상호 연결은 50m 미만이고, ToR 스위치를 스파인 스위치(레벨 1)에 연결하는 상호 연결은 최대 500m이며, 스위치와 라우터 또는 라우터와 라우터(전자 통신 액세스)를 연결하는 상호 연결은 2~10km입니다. 이러한 각 거리와 응용 분야에 따라 서로 다른 레이저 기술을 사용하는 것이 가장 효과적입니다.

그림 3: 캘리포니아주 프리몬트에 있는 Coherent 트랜시버 R&D 연구소.

레벨 0 상호 연결 및 레벨 1 상호 연결의 하위 집합을 포함하여 100m 미만의 링크 거리의 경우 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)가 사용됩니다. 이는 갈륨 비소(GaAs) 기술 플랫폼을 기반으로 합니다. VCSEL은 일반적으로 비용과 전력 소비가 가장 낮은 솔루션이며 100m 미만의 연결에 적합한 레이저입니다. AI/ML 응용 분야에서 VCSEL 기반 트랜시버에 대한 상당한 수요가 있습니다.

Coherent는 미국과 유럽에 다수의 6" GaAs VCSEL 제조 시설을 보유하고 있습니다. 우리는 VCSEL을 데이터 통신 및 소비자 응용 분야 모두에 공급하는 세계 최대 VCSEL 제조업체 중 하나입니다. Coherent의 100G/레인 VCSEL은 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 생산 중입니다. 현재 200G/lane VCSEL에 대해 연구하고 있으며 이 연구를 통해 VCSEL 장치 설계 및 제작에 상당한 변화가 필요할 것입니다.

그림 4: 6" 갈륨 비소 웨이퍼에서 제조된 고속 VCSEL.

VCSEL이 지원할 수 있는 것보다 거리가 더 먼 레벨 1 스위칭 및 통신 액세스의 경우 단일 모드 장치가 사용됩니다. 이 장치는 인화 인듐(InP) 재료로 만들어집니다. Coherent는 미국과 유럽에 여러 InP 제조 시설을 보유하고 있습니다. 우리의 InP 기술 플랫폼은 지난 20년 동안 현장에 배치한 2억 개 이상의 데이터 통신 레이저를 통해 현장에서 대규모로 입증된 업계에서 몇 안 되는 플랫폼 중 하나입니다. Coherent의 레이저는 전 세계 거의 모든 네트워크 OEM 및 web2.0에서 검증 및 배포되었으며, 이 깊은 경험을 활용하여 단일 모드 800G 및 1.6T 트랜시버를 지원하는 레이저를 개발합니다.

레벨 1 링크 거리가 100m보다 긴 경우 실리콘 포토닉스 기반 트랜시버를 사용할 수 있습니다. 모든 실리콘 포토닉스 제품은 빛을 생성하기 위해 InP 연속파(CW) 레이저가 필요합니다. 우리는 이 레이저를 시장에 출시하고 있으며 2022년 9월 ECOC(European Conference on Optical Communications)에서 시연한 실리콘 포토닉스 기반 800G-DR8 트랜시버와 같은 자체 트랜시버 설계에도 이를 활용할 계획입니다.

100m 이상의 레벨 1 링크와 통신 액세스(2~10km)의 경우 전자 흡수 변조 레이저(EML)를 사용할 수 있습니다. 우리는 2022년 ECOC에서도 시연한 EML 기반 800G DR8 트랜시버와 같은 400G 및 800G 트랜시버를 지원하기 위해 100G/레인 EML을 제조합니다. 또한 ECOC에서 우리는 200G/레인 EML을 선보여 Lightwave Innovation Reviews Award를 수상했습니다.

200G/레인 트랜시버를 기대하고 있으므로 EML을 사용하더라도 10km 도달 범위를 달성하는 것은 중요한 과제입니다. 해당 응용 분야에서 우리는 DFB-MZ라는 획기적인 최신 레이저 기술에 대해 매우 흥분하고 있습니다. DFB-MZ는 Mach Zehnder 변조기를 갖춘 분산 피드백 레이저를 의미하며, InP Mach Zehnder 변조기와 일체형으로 통합된 InP CW 레이저입니다. 이 레이저 기술 덕분에 최대 10km까지 도달하는 1.6T 트랜시버도 가능해질 것입니다. 이는 레인당 200G 레이저 분야에서는 최첨단 기술입니다.

그림 5: Coherent는 OFC 2023에서 200G PAM4 일체형 통합 분산 피드백 레이저-Mach Zehnder 변조기 기술을 시연했습니다.

우리의 약속: AI 시대의 혁신 강화

우리가 AI 시대로 접어들고 있음은 의심의 여지가 없으며, 사실 우리는 이미 그 안에 있습니다. 혁신 리더로서의 우리의 약속은 혁신적인 기술을 통해 고객이 미래를 정의할 수 있도록 하는 것입니다.

우리는 20년 넘게 데이터 통신 트랜시버 분야의 리더 자리를 지켜왔으며, 앞으로도 지속적인 혁신을 통해 기술 리더가 될 것이며 고객의 요구 사항을 충족하는 데이터 센터를 구현하도록 볼륨 솔루션을 고객에게 제공할 것입니다. AI 및 ML의 힘을 이끌어내는 데 도움이 되는 하드웨어 솔루션을 제공할 수 있게 되어 기쁩니다. 믿기 어려우시겠지만 20년이 지난 지금도 저는 이 빠르게 변화하고 영향력 있는 광학 통신의 세계에서 일하는 것이 어느 때보다도 기쁩니다.

자세한 내용은 www.coherent.com을 참고해 주세요. LinkedIn에서 우리를 팔로우하세요.

"Coherent는 이미 AI 및 ML이 설정한 요구 사항에 부합하는 완전한 트랜시버 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 이 트랜시버는 프로토콜에 구애받지 않습니다. 즉, 동일한 트랜시버 하드웨어가 이더넷 및 InfiniBand는 물론 NVIDIA의 NVLink와 같은 AI 및 ML용 독점 프로토콜을 지원할 수 있습니다. Coherent는 이러한 트랜시버와 해당 핵심 기술 분야의 전문 기업으로 널리 인정받고 있습니다."

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