CPO는 '광엔진'에서 '연결 시스템'으로 이동하며, 편광 유지 광섬유, 외부 레이저 및 커넥터가 양산을 결정하기 시작합니다

CPO(공동 패키징 광학)를 논할 때 업계는 흔히 '광 엔진을 ASIC 옆으로 옮긴다'는 아키텍처 다이어그램을 보여줍니다. 이는 CPO가 전기 링크를 단축하고 일부 전력 소비를 줄일 수 있는 이유를 설명해 주지만, 시스템이 단일 모듈에서 51.2T 또는 102.4T 스위치로 확장될 때 제조 가능성과 유지보수 비용을 결정하는 것은 대개 더 이상 그 아키텍처 다이어그램이 아니라, 그 주변의 네 가지 부품 범주입니다: 외부 레이저 광원, 편광 유지 광섬유, 분리형 커넥터, 그리고 열 구조입니다.

이 판단은 개념적 추론에서 도출된 것이 아닙니다. OIF 3.2T CPO 모듈 구현 협약은 이미 외부 레이저 버전이 4개 또는 8개의 편광 유지 광섬유를 사용하는 것으로 정의하고 있으며, Marvell과 SENKO의 공개 참조 설계는 1,152개의 광섬유, 32개의 분리형 커넥터, 16개의 외부 레이저 모듈 및 냉각판을 동일한 시스템에 배치합니다.^[1][2][3]

핵심 요약

• CPO의 모듈 경계는 표준화되었지만, 커넥터는 완전히 표준화되지 않았습니다.OIF는 3.2T 모듈의 전기, 광학, 기계 및 테스트 인터페이스를 정의하면서, 광 커넥터는 이 구현 협약에서 규정되지 않으며 MPO와 같은 솔루션은 가능한 시스템 구현일 뿐임을 명확히 합니다.^[1]
• 외장 레이저는 단순히 "레이저를 더 멀리 두는 것"이 아닙니다.4개 또는 8개의 CW 레이저는 편광 유지 광섬유를 통해 모듈로 입력된 후 모듈 내에서 4개 또는 8개의 송신기로 분배되어야 합니다. 분배만으로 약 9 dB가 소모될 수 있고, 변조에서 추가로 약 3 dB가 소모되며, 남은 전력은 결합, 도파로, 다중화 및 제조 마진을 감당해야 합니다.^[1]
• 커넥터가 유지보수성을 결정하기 시작합니다.Marvell의 참조 컴퓨트 트레이는 각 XPU에 4개의 6.4T 광엔진을 연결하며, 각 엔진은 2개의 36파이버 분리형 커넥터에 연결됩니다. 트레이 전체에는 32개의 커넥터와 총 1,152개의 파이버가 있습니다. 여기서 반복 가능한 정렬과 세정은 액세서리 문제가 아니라 시스템 신뢰성 문제입니다.^[3][4]
• 생산 임계점은 다중 물리 공동 설계입니다.표준 프레임워크가 제시한 신뢰성 목표, 3.2T 광엔진의 전력 소비 예시 및 액체 냉각 콜드 플레이트 높이는 CPO 경쟁이 칩 대역폭에서 파이버, 연결, 열 및 테스트의 협응 능력으로 이동하고 있음을 보여줍니다.^[2]

OIF 표준에 이미 명시된 "4개 또는 8개 광섬유"

OIF 3.2T CPO 모듈은 51.2T 스위치의 기본 빌딩 블록으로 정의됩니다. 하나의 시스템은 스위치 ASIC 근처에 배치된 16개의 3.2T 모듈을 사용합니다. 프로토콜은 8×400GBASE-DR4, 8×400GBASE-FR4, 내부 레이저 또는 외부 레이저 버전을 포함한 여러 모듈 형태를 나열합니다.^[1]

모듈 폼 팩터	라인 측	레이저 광원	시스템 영향
400G-DR4 / FR4 IL	8×400G	모듈 내 통합	모듈은 더 콤팩트하지만, 레이저 열 부하가 광 엔진 패키지로 유입됩니다
400G-DR4 / FR4 EL8PMF	8×400G	외장, 편광 유지 광섬유 8개	광원은 유지보수 가능하지만, 광섬유 수와 정렬 포인트가 증가합니다
400G-DR4 / FR4 EL4PMF	8×400G	외장, 편광 유지 광섬유 4개	레이저 피드를 광섬유 코어로 줄이지만, 단일 광섬유는 더 높은 파워를 전달하고 더 강한 분기 손실을 감당합니다

프로토콜은 특히 4개의 광섬유를 사용할 때 한 예시로 약 9 dB의 분기 손실과 약 3 dB의 변조 손실이 발생하며, 나머지 예산은 모듈 입출력 결합, 분배기, 도파관, 변조기 및 멀티플렉서에 할당된다고 언급합니다. 이 예산 구조는 외부 레이저가 공짜 신뢰성 향상이 아니라, 더 많은 광 파워 관리 부담을 광섬유, 커넥터 및 패키지 내부로 전가함을 보여줍니다.^[1]

OIF 외장 레이저가 편광 유지 광섬유를 사용하는 이유

OIF 3.2T 외부 레이저 모듈에서 프로토콜은 표준 단일모드 광섬유가 아닌 PM 광섬유를 급전 광 매체로 명시적으로 규정합니다. 이는 특정 아키텍처 선택이며, 모든 CPO가 PMF를 사용해야 한다는 의미로 확대 해석되어서는 안 됩니다. 이러한 유형의 외부 레이저 인터페이스를 채택한 시스템에서도 실리콘 포토닉 모듈로 입사되는 CW 광은 여전히 분배, 변조, 다중화 과정을 거치며, 시스템은 연결, 권선, 온도 및 기계적 응력 변화 하에서 편광 상태를 예측 가능하게 유지해야 합니다. PANDA 광섬유는 코어 양측에 응력봉을 배치하여 복굴절을 생성하며, 벤더 자료에는 동일 패키지 광학, 코히런트 DWDM 및 광섬유 레이저 응용 분야로 기재되어 있습니다.^[7]

하지만 '편광 유지'가 '아무렇게나 연결해도 된다'는 의미는 아닙니다. 공급망에서는 최소한 다음 항목들을 동시에 확인해야 합니다: 동작 파장과 차단 파장, 비트 길이, 크로스토크 또는 소광비, 클래딩 직경, 코팅, 굽힘 반경, 커넥터 키 방향, 그리고 축 정렬입니다. Heracle의 PANDA 데이터시트는 80 μm와 125 μm 클래딩 옵션을 제공하며, 소광비 규격은 100미터당으로 제시되어 있습니다. 이는 시스템 공급업체가 단일 편광 소광비 수치를 그대로 복사할 것이 아니라, 길이, 권선 반경, 커넥터를 함께 예산에 반영해야 함을 의미합니다.^[7]

편광 유지 광섬유 파라미터	CPO에서 중요한 이유	견적에 필요
동작/차단 파장	목표 파장 대역이 진정한 단일 모드인지, 고차 모드가 발생하는지 판별합니다	레이저 중심 파장, 파장 범위, 굽힘 조건
비트 길이 및 복굴절	보편 유지 능력과 외란 민감도를 결정합니다	길이, 코일 반경, 온도 사이클링
소광비/크로스토크	변조기 진입 전 편광 순도를 결정	시험 길이, 커넥터, 축 정의
형상 및 코팅	커넥터 정렬, 단면 품질 및 장기 기계적 신뢰성을 판별합니다	클래딩, 코팅, 키잉, 결합 내구성

외부 레이저의 가치와 비용

OIF 프레임워크는 외부 레이저가 CPO 스위치의 유지보수성을 향상시킬 수 있다고 언급합니다. 고장 난 레이저는 교체할 수 있고, 시스템은 ELS 출력 전력을 높여 부분적으로 보상할 수 있습니다. 통합 레이저는 인터페이스 손실을 줄이지만, 레이저 열과 고장이 광엔진 내부로 유입됩니다.^[2]이는 시스템 트레이드오프이며, "외장이 항상 통합보다 우수하다"는 의미가 아닙니다.

부품 수준에서 SENKO는 ELSFP를 핫 플러거블 외부 레이저 연결 솔루션으로 포지셔닝합니다. 한쪽 끝은 CPO 스위치 보드에 고정된 호스트 커넥터이고, 다른 쪽 끝은 레이저 모듈과 함께 삽입 및 분리되는 모듈 커넥터로, 자기 정렬 구조를 통해 최대 2세트의 저손실 MT 페룰을 블라인드 결합합니다. 이는 유지보수 다운타임을 줄일 수 있지만, "핫 플러거블", "최저 삽입 손실", "더 높은 신뢰성"은 여전히 공급업체의 목표이며 반복 결합, 오염, 단면 검사, 무작위 샘플 테스트를 통해 검증되어야 합니다.^[8]

신뢰성 목표도 이 점을 잘 보여줍니다. 이 프레임워크는 16개의 3.2T 광엔진을 갖춘 51.2T 스위치를 모델로 한 예시를 제시합니다. 현재 플러그형 모듈의 고장률 약 300 FIT를 CPO 시스템 전체에 단순히 곱하는 것으로는 충분하지 않으므로, 이 예시는 광엔진에 10 FIT, 3.2T 레이저 소스에 50 FIT라는 목표를 설정합니다. 이는 이미 달성된 현장 데이터가 아니라 신뢰성 설계 목표입니다.^[2]

SENKO와 Marvell이 2025년에 발표한 36채널 분리형 광 PIC 커넥터는 또 다른 접근 방식을 제시합니다. 고밀도 광 인터페이스를 분리형으로 만들어 조립, 테스트, 수리를 지원하는 것입니다. 공급업체는 낮은 결합 손실과 반복 가능한 정렬을 강조하지만, 고객은 삽입 손실 분포, 오염, 결합 사이클, 현장 세정 절차를 통해 이를 검증해야 합니다.^[4][6]

커넥터가 액세서리에서 시스템 기능으로 진화

OIF 3.2T 프로토콜은 단일 커넥터 형태를 규정하지 않으며, 시스템이 섀시 내 어댑터에 연결되는 MPO형 커넥터를 사용할 수 있거나 구현자가 다른 솔루션을 선택할 수 있다고만 명시합니다. 이러한 "완전히 규정되지 않은" 측면이 바로 산업화의 난점입니다. 인터페이스가 최종 커넥터 수준까지 정의되지 않으면 시스템 벤더의 기계적 공차, 패널 밀도, 세정 및 유지보수 전략이 차별화 역량이 됩니다.^[1]

프레임워크 문서는 추가 연결이 삽입 손실을 증가시킨다고 지적합니다. 고밀도 MPO는 CPO의 공간 및 밀도 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 51.2T 스위치의 전면 패널에는 256~1,024개의 광섬유가 있을 수 있으며, 표준 커넥터의 손실 "롱테일"은 다수의 연결로 인해 증폭되므로 CPO 시스템은 종종 저손실 커넥터를 요구합니다.^[2]

커넥터 경쟁은 단순히 "꽂히느냐"의 문제가 아니라 다음의 폐쇄 루프에 관한 것입니다:

1. 웨이퍼 레벨 또는 광엔진 레벨에서 먼저 테스트를 수행하여 불량 부품이 수리 불가능한 패키지로 유입되는 것을 방지할 수 있는지 여부;
2. 분리형 인터페이스가 여러 번의 결합 주기 후에도 서브마이크론 수준의 반복 정렬을 유지할 수 있는지 여부;
3. 단면 오염을 검사하고, 세척하며, 유지보수 공정에 반영할 수 있는지 여부;
4. 커넥터, 광섬유 어셈블리 및 트랜시버 모듈이 삽입 손실과 반사 손실 예산을 공동으로 정의할 수 있는지 여부;
5. 고장을 레이저, 커넥터, 광섬유 어셈블리 또는 광엔진으로 추적할 수 있는지, 전체 패키지를 폐기하지 않아야 합니다.

1,152개 광섬유 이면의 열 및 관리 문제

Marvell은 2025년 11월 CPO 레퍼런스 설계에서 1U AI 컴퓨트 트레이를 설명합니다. 최대 4개의 XPU, 총 102.4 Tbps, 실제 광섬유 수는 1,152개입니다. 각 XPU는 4개의 6.4T 광엔진에 연결되고, 각 광엔진은 2개의 36파이버 분리형 MPC에 연결되며, 트레이 전체에는 총 32개의 MPC가 있습니다.^[3]

동일한 기준 시스템의 스위치 측은 16개의 광엔진과 1,152개의 광섬유를 사용하며, 이 중 128개는 레이저 공급용, 1,024개는 데이터용입니다. 16개의 레이저 모듈은 패널 측으로 이동되어 유지보수성과 방열 성능을 향상시킵니다. 콜드 플레이트의 유효 높이는 3.6 mm에 불과하여 기존 공랭식 솔루션보다 얇습니다. 여기서 핵심은 개별 수치 자체가 아니라, 광섬유 관리, 레이저 유지보수, 콜드 플레이트, 커넥터 세정, 케이블 굽힘이 동일한 공간 내에서 강제로 공동 설계된다는 점입니다.^[3]

시스템 트레이드오프	공개 자료	직접 외삽할 수 없음
밀도 및 정비성	32개 MPC, 1,152개 광섬유	모든 CPO 시스템이 이 밀도를 달성해야 하는 것은 아닙니다
열 및 신뢰성	3.2T@10 pJ/bit ≈ 32 W; 액체 냉각 콜드 플레이트 유효 높이 3.6 mm	측정된 필드 고장률 아님
레이저 서비스 용이성	패널 측면에 배치된 16개의 외부 레이저 모듈	아키텍처에 따라 서로 다른 이중화 및 배치 방식을 사용할 수 있습니다
링크 버짓	추가 연결은 삽입 손실을 증가시키며, 롱테일은 대규모 시스템에서 증폭됩니다	구체적인 값은 제품 도면과 실제 측정으로 결정해야 합니다

OIF 프레임워크는 10 pJ/bit를 예시로 계산하기도 합니다. 3.2T 광엔진은 약 32 W의 전력에 해당합니다. 예시 환경에서 실내 주변 온도는 15–35°C, 상대 습도는 최대 90%이며 결로 방지가 필요합니다. 이 예시를 그대로 열 설계 사양으로 삼을 수는 없지만, CPO 열 문제가 "칩 핫스팟"에서 "콜드 플레이트, 커넥터, 광섬유가 함께 가열되는 문제"로 확대되었음을 보여주기에는 충분합니다.^[2]

구매는 단순히 "몇 T"라고 물을 수 없습니다

표준 및 시스템 참조 설계 관점에서 CPO 공급사는 모듈 속도만 제시할 것이 아니라 기술 확인서에 다음 항목을 반드시 포함해야 합니다:

문의 항목	권장 사항 및 요구 사항	검수 증빙
외부 레이저 아키텍처	4개 또는 8개 PM 광섬유, 파장, 파워, 이중화 및 교체 방식	광 파워 버짓, 장애 주입, 플러그 연결 및 분리 후 재시험
편광 유지 광섬유	동작/차단 파장, 비트 길이, 소광비, 코일 반경, 길이	합의된 길이와 커넥터에 따른 종단 간 시험
커넥터	채널 수, 키잉, 삽입 손실, 반사 손실, 결합 내구성, 세척 방법	배치 삽입 손실 분포 및 단면 오염 검사
열 설계	콜드 플레이트 접촉면, 고정구 압력, 허용 케이스 온도, 결로 경계	시스템 수준 열 사이클링 및 핫스팟 매핑
신뢰성	EOL 정의, FIT 목표, 이중화 전략, 장애 위치 파악	가속 수명 및 고장 분석, 샘플 범위를 벗어난 외삽 없이

Toprays에 대한 엔지니어링 시사점

CPO는 '광 인터커넥트'를 소자 수준의 문제에서 광섬유, 연결, 패키징, 열, 테스트가 얽힌 시스템 수준의 문제로 끌어올립니다. 소재와 광섬유 분야의 Toprays 같은 공급망 참여자에게 기회는 특정 CPO 모듈의 BOM에 진입하는 데만 있는 것이 아니라, 검증 가능한 소재 및 부품 인터페이스를 제공할 수 있는지에 있습니다:

• 파장, 굽힘 반경 및 온도 사이클에 따라 PM 광섬유의 기하 구조, 코팅 및 편광 지표를 정의해야 합니다;
• 광섬유 어셈블리의 단면, 삽입 손실, 반사 손실, 청결도 및 결합 내구성 데이터를 제공합니다;
• 석영 재료, 광섬유 프리폼, 코팅 및 커넥터 공정을 동일한 배치 추적 기록에 배치합니다;
• 승인 단계에 시스템 수준의 열 사이클, 결로 및 진동 시험을 포함하고, 상온에서의 단일 측정만 수행하지 않아야 합니다;
• 고객의 광 파워 예산을 사용하여 모듈의 Tbps만 비교할 것이 아니라 광섬유별 파워와 반사 손실 마진을 도출해야 합니다.

이 점이 또한 이 글을 "특정 광엔진이 얼마나 더 높은 속도를 달성했는가"와 구별되게 합니다. CPO가 진정으로 양산을 향해 나아갈 때 고객이 구매하는 것은 고립된 광엔진이 아니라 조립, 테스트, 세척, 유지보수 및 책임 추적이 가능한 광링크입니다.^[5][9]

편집 판단

CPO 표준화 작업은 이미 외부 레이저, 편광 유지 광섬유, 분리형 커넥터, 열 관리를 시스템 경계에 포함시켰으며, 벤더 참조 설계는 밀도와 유지보수성을 수천 개의 광섬유와 수십 개의 커넥터 규모로 끌어올렸습니다. 공급망 입장에서 다음 단계의 차별화는 실리콘 포토닉 칩만으로 결정되지 않으며, "열, 오염, 굽힘, 배치 편차 하에서 재료와 연결이 검증 가능한 상태를 유지할 수 있는지"에 의해 결정될 것입니다.

Toprays가 사전에 구축해야 할 것은 아직 완전히 표준화되지 않은 커넥터 이름을 쫓는 것이 아니라 광섬유, 석영 재료 및 커넥터 부품에 대한 테스트 데이터 인터페이스입니다. 고객이 궁극적으로 필요로 하는 것은 재현 가능한 종단 간 광 파워 버짓, 추적 가능한 재료 및 실행 가능한 유지보수 전략입니다.

REFERENCES

1. 3.2Tb/s Co-Packaged (CPO) 모듈 구현 협약 — OIF(표준, 높음)
2. Co-Packaging 프레임워크 문서 — OIF(표준, 높음)
3. Co-packaged Optics: 차세대 AI 데이터센터 혁신을 이끄는 동력 — Marvell(제조사, 높음)
4. Marvell과 SENKO, 분리형 36채널 광 PIC 커넥터로 AI 인프라 발전 — SENKO(제조사, 높음)
5. Co-Packaged Optics 연구 동향 — Micromachines 15(10), 1211(동료 심사, 높음)
6. 공동 패키징 광학 응용을 위한 확장 빔 커넥터의 고출력 시험 — SPIE Optical Interconnects XXIV(학회, 높음)
7. 편광 유지 광섬유 (Panda) — Heracle(제조사, 높음)
8. ELSFP 커넥터 — SENKO(제조사, 높음)
9. 차세대 실리콘 포토닉스 로드맵 수립 — Nature Communications 15(동료 심사, 높음)

본 문서는 OIF 표준, 벤더 참조 설계, 공개 논문을 구분합니다. 표준은 인터페이스와 시스템 경계를 정의하고, Marvell/SENKO 도면은 벤더 참조 설계에 해당하며, 논문은 패키징, 결합 및 시스템 병목 현상을 설명하는 데 사용됩니다. 1,152개의 광섬유, 32개의 커넥터, 3.6 mm 냉각판은 모든 CPO 시스템에 적용되는 범용 사양이 아닙니다. 외부 자료는 reference_only이며, 실제 제품과 승인은 고객 도면, 샘플 테스트 및 최종 사양을 기준으로 합니다. AI 생성 일러스트는 응용 맥락을 설명하기 위한 것일 뿐 실제 제품을 나타내지 않습니다.