【광전 융합의 실장 기술】CPO가 기대되는 이유는? -도입 효과와 과제-

2026/04/23

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이 기사에서는 CPO의 구조와 LPO와의 차이점, 데이터 센터에 미치는 효과 및 도입 시 주요 기술적 과제에 대해 설명합니다.

CPO란? AI 보급으로 높아지는 전력 부하와 LPO의 다음 선택지

AI의 보급에 따라 데이터 센터에 요구되는 처리 능력이 크게 증가했습니다. 그 영향으로 '전력 소비량 증가'와 '서버 장비 냉각의 어려움'이라는 과제가 발생하고 있습니다. 이러한 배경 속에서 『CPO(Co-Packaged Optics)』라는 차세대 기술이 주목받고 있습니다.

CPO의 구조와 역할

CPO는 다음 두 가지 부품을 동일한 패키지 내 또는 매우 가까운 위치에 배치하는 실장 기술입니다.

로직 칩(ASIC): 데이터를 고속으로 처리하는 부품
광 트랜시버: 전기 신호를 빛으로 바꾸어 송출

기존에는 로직 칩과 광 트랜시버라는 이 두 부품이 보드 위에서 떨어져 있었으며, 긴 구리 배선으로 연결되어 있었습니다.

기존

CPO

CPO 구조

CPO는 이러한 배선을 구조적으로 단축함으로써 신호 열화를 최소화하고, 이를 보정하기 위한 전력과 복잡한 회로를 대폭 절감할 것으로 기대됩니다.

LPO의 개요와 CPO와의 차이

LPO(Linear Pluggable Optics)는 기존의 탈착 가능한 광 모듈 형태를 활용한 기술입니다. 신호를 보정하기 위한 처리를 억제한 설계가 됨으로써 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

LPO의 장점

부품 조달이 용이함
기존 운영 방식을 바꾸지 않고 절전화

LPO의 단점

전기 배선의 길이는 변하지 않음
배선에 의한 신호 열화 문제는 근본적으로 해결되지 않음

이에 반해 CPO는 배선 거리를 대폭 단축하는 방식이며, 설계 단계부터의 과제에 대응하고 있습니다. 이 때문에 CPO에 대한 기대가 급격히 높아지고 있습니다.

비교 이미지

LPO

긴 전기 배선 + 신호 보정

CPO

〉〉 짧은 배선으로 전력 절감 실현

CPO 도입 이점

CPO 도입을 통해 주로 다음과 같은 3가지 이점이 생깁니다.

전력 소비량 대폭 절감
CPO는 배선을 광배선으로 대체함으로써 장거리 전기 배선으로 인한 신호 열화(약화·왜곡)를 방지합니다. I/O 부분의 소비 전력을 기존 대비 약 30% 수준으로 억제할 수 있습니다.
냉각 효율 향상으로 장치 성능 개선
전력 소비가 절감됨에 따라 기존에 냉각에 할당했던 부분을 활용할 수 있게 됩니다. 같은 크기의 장치에도 더 많은 처리 장비를 탑재할 수 있어 계산 능력 향상으로 이어집니다.
저비용 운영으로 사업 확대 실현
초기 투자 및 운영 비용이 대폭 절감되어 그만큼의 경영 자원을 데이터 센터 확장이나 AI 개발에 투입할 수 있게 됩니다. 더 고도화된 AI 서비스를 제공할 수 있어 업계 전체의 발전을 촉진합니다.

파급 효과

CPO 개발의 과제

온도 의존성에 대한 대응

CPO는 고발열 칩과 온도에 민감한 광부품이 같은 패키지 안에 있기 때문에 온도 관리가 최대 과제입니다. 단순히 열을 방출하는 것뿐만 아니라 온도를 안정적인 상태로 유지해야 합니다. 그 외에도 냉각 성능이나 재료 선정 등 여러 가지 대책이 요구됩니다.

유지보수성과 교환 가능성

기존 방식에서는 고장 난 부품만 교체할 수 있었지만, CPO는 광처리가 패키지 내에 통합되어 있습니다. 고장 시 장치 전체를 교체해야 하므로 복구 작업이나 유지보수 비용 증가가 과제입니다.

양산 기술과 수율

광신호 연결 공정은 위치 정렬 정밀도가 중요합니다. 약간의 어긋남이 신호에 영향을 주기 때문에 생산량이 늘어날수록 품질을 균일하게 유지하는 것이 과제입니다. 대량 제조 시에는 재검사나 재조정이 필요한 제품이 늘어나기 쉬우며, 이에 따른 수정 비용이 급증할 가능성이 있습니다.

수율 개선의 필요성

재료비뿐만 아니라 조립 및 테스트에 드는 공정비 비중이 크기 때문에 생산량이 늘어나도 제품 1대당 비용을 낮추려면 궁리가 필요합니다. 수율 개선과 공정 자동화를 통해 제품 1대당 비용을 억제할 수 있습니다.

차세대 냉각 기술 '마이크로 유체 냉각'

CPO의 냉각 과제를 해결하는 기술로서, 미국 Microsoft 등은 칩 뒷면에 직접 냉매를 흘리는 『마이크로 유체 냉각(Microfluidic Cooling)』을 발표했습니다.

Point1 최대 3배의 제열 효과

실리콘 칩 뒷면에 머리카락 굵기의 미세한 홈(마이크로 채널)을 형성하고 액체 냉매를 직접 순환시킴으로써 기존의 냉각 플레이트 방식보다 제열 효과가 크게 향상됩니다. 그 결과 최대 3배의 제열 효과를 얻을 수 있으며, GPU의 최대 온도 상승을 약 65% 낮출 수 있습니다.

Point2 '액체 누설 방지'라는 제조 과제

마이크로 유체 냉각은 액체 냉매를 직접 순환시키는 구조이므로 냉각액이 새지 않도록 하는 것이 중요합니다. 이러한 과제에 대응하기 위해서는 냉매를 확실하게 유지하는 액체 누설 방지 패키지(Leak-proof packaging) 설계와 마이크로 채널을 틈 없이 밀폐할 수 있는 봉지 공정이 요구됩니다.

출처: YouTube의 Microsoft 공식 영상
(Introducing microfluidic cooling: a breakthrough in chip cooling technology／https://www.youtube.com/watch?v=MZBwLi3ajYE)