AI 데이터센터의 미래는 ‘빛’에 있다…포토닉 기술, 연산 혁명 이끈다

AI의 폭발적인 성장으로 인해 데이터 센터가 수십 년 만에 가장 급진적인 재편성을 겪고 있다. 이제는 연산 능력 자체보다 데이터를 얼마나 효율적으로 이동시킬 수 있느냐가 인프라 경쟁의 핵심이 되고 있다는 분석이다.

그 중심에는 광자 기술(Photonics)이 있다. 기존의 구리 기반 연결 방식은 열과 대역폭 한계로 인해 AI 전용 데이터 센터의 초대형 GPU 클러스터를 지원하기에 턱없이 부족하다. 이에 따라 빛을 활용한 포토닉 패브릭 구조가 빠른 데이터 전송과 낮은 에너지 소비, 높은 GPU 활용도를 동시에 충족시키는 해법으로 주목받고 있다.

포토닉 반도체 기업 셀레스티얼 AI(Celestial AI)의 공동창업자이자 최고운영책임자(COO)인 프리트 버크(Preet Virk)에 따르면, 가속기 규모가 광범위해지면서 수 미터 이상의 거리에서도 안정적인 데이터 전송이 필수가 됐다. 기존 구리 케이블은 2~4미터의 거리까지는 유효하지만, 그 이후에는 열과 전력 손실 문제가 커지며 광학 연결이 대안으로 부상하고 있다는 설명이다.

AI 모델은 GPU 하나로 충분했던 과거와 달리, 이젠 수천 개 이상의 XPU 연산 유닛을 연결해야만 처리 가능한 수준으로 대형화되고 있다. 버크는 “모든 GPU가 하나의 유기체처럼 움직여야 하기 때문에 초당 수 테라비트(Tbps)급의 대역폭과 나노초 단위의 지연 시간, 그리고 피코줄(picojoules) 단위로 최소화된 전력 소비가 요구된다”고 강조했다.

실제로 셀레스티얼 AI는 고성능 광학 칩 브릿지 설계를 통해, GPU 및 고밀도 칩 간 연결에서 비약적인 에너지 효율 개선을 이뤄냈다. 이 기술은 비트당 55피코줄에서 13피코줄 수준으로 에너지 소모를 줄이며, 단순한 절감 효과를 넘어 전체 모델 연산 효율까지 향상시킨다. 특히 GPU 활용도를 극대화하면서도 냉각/전력 비용 절감에 직결돼 AI 데이터 센터 운영 효율을 획기적으로 끌어올릴 수 있다.

이처럼 데이터 이동(Data Movement)이 전체 에너지 소비의 약 60%를 차지하게 된 현실에서, 컴퓨팅 성능보다 입출력 구조 최적화가 치열한 클라우드 및 AI 인프라 경쟁의 승패를 가름할 변수로 급부상하고 있다.

버크는 “우리는 스케일업 중심의 네트워크 구조와 포토닉 패브릭 개발에 일찍이 집중해왔다. 이 접근이 대형화되는 современных 데이터 센터의 근본적인 병목 문제를 푸는 열쇠가 되고 있다”고 말했다.

AI 팩토리는 단순한 서버 집적소가 아니라, 초고속 통신을 바탕으로 토큰이라는 새로운 AI 시대의 연산 화폐를 ‘생산하는 공장’으로 변모하고 있다. 포토닉 기술은 이 공장을 지탱하는 결정적 기반이 되고 있으며, 이는 곧 차세대 AI 컴퓨팅 아키텍처의 핵심 전환점을 의미한다.