다양한 광통신 도메인은 무엇인가요? 통신, 데이터콤, DCI, 광 송수신기의 역할

인공지능 시대에 광통신 인프라가 더욱 중요해지는 이유는 무엇일까요?

우리는 매일 인터넷 연결, 비디오 스트리밍, 클라우드 서비스를 이용하고 있습니다. 이 모든 것의 이면에는 광통신이라는 글로벌 인프라가 자리 잡고 있습니다. 광통신은 전송 거리에 따라 크게 두 가지 영역으로 나눌 수 있습니다. 이 글에서는 이러한 두 가지 광통신 영역과 각 영역의 핵심인 광 송수신기의 중요성에 대해 설명합니다.

통신과 데이터 통신의 차이점은 무엇인가요? 광통신을 지원하는 두 가지 통신 영역입니다.

지난 몇 년간 인공지능(AI)이 급속도로 확산됨에 따라 통신 속도도 지속적으로 향상되었습니다. 데이터 트래픽 또한 매년 증가해 왔으며, AI 수요의 확대로 이러한 성장세가 더욱 가속화되었습니다. 이러한 막대한 양의 데이터 통신을 지원하는 것이 광통신 인프라이며, 이는 두 개의 네트워크 도메인으로 나뉩니다.

광통신은 크게 통신(telecom)과 데이터 통신(datacom)의 두 영역으로 나눌 수 있습니다. 통신은 도시와 국가 간의 장거리 통신을, 데이터 통신은 데이터 센터 내의 단거리 및 중거리 통신을 포괄합니다. 인공지능(AI)에 대한 수요가 증가함에 따라 고속 통신 기술, 특히 데이터 통신 분야의 개발이 가속화되고 있습니다. *DCI(데이터 센터 상호 연결)에 대한 자세한 설명은 이 글 후반부에 나옵니다.

통신과 데이터 통신의 연결 방식: 광통신 인프라의 아키텍처

아래 도표는 통신과 데이터콤을 모두 포함하는 광통신 인프라의 전체 구조를 보여줍니다. 스마트폰에서 클라우드 서비스에 접속할 때, 장거리 통신을 담당하는 통신은 데이터통신과 함께 데이터를 전송합니다.

이 두 영역은 물리적으로 광섬유로 연결되어 있지만, 서비스 제공업체에 따라 명확히 구분된 관할권에 속합니다. 일본에서는 NTT와 같은 통신 사업자가 통신 영역을 관리하는 반면, 미국에서는 버라이즌과 같은 통신 사업자가 관리합니다. 이와 대조적으로 데이터 센터는 구글, AWS, 메타, 마이크로소프트를 포함한 주요 클라우드 서비스 제공업체(CSP)가 운영합니다.

두 도메인의 경계에는 스위칭 및 라우팅을 수행하는 장치가 설치됩니다. 이 장치들은 보안 도메인 간을 전환하고 신호 형식을 변환합니다. 우리가 일상적으로 사용하는 통신 데이터는 이러한 복잡한 네트워크를 통해 교환됩니다.

광 송수신기가 필수적인 이유: 데이터 센터 통신 지원에서의 역할

최근 데이터 트래픽의 증가는 인간 활동으로 생성되는 기존 데이터 증가와는 완전히 다른 차원의 변화를 보여줍니다. 이러한 변화의 주요 원동력은 인공지능(AI)입니다. AI 모델을 학습시키려면 방대한 데이터 세트를 반복적으로 처리해야 하며, 학습된 모델을 사용한 추론에는 실시간 성능이 요구됩니다. 이러한 작업 부하는 기존 데이터 소비에 필요한 컴퓨팅 자원보다 훨씬 더 많은 자원을 필요로 합니다.

데이터 센터는 수만 개의 랙으로 구성된 인클로저로 이루어져 있으며, 각 랙에는 여러 개의 서버 보드가 수납됩니다. 서버에 탑재된 CPU, GPU, TPU의 성능도 중요하지만, 서버 보드 간 및 랙 간의 데이터 통신 속도 또한 AI 데이터 센터의 전반적인 처리 성능을 결정하는 데 있어 매우 중요한 요소입니다.

서버 보드 간과 랙 간에 방대한 양의 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 광통신이 필수적입니다. 전기 신호가 회로 기판 위에서 수십 센티미터 이상 떨어질 경우 신호 저하와 전력 소비가 심각한 문제가 됩니다. 따라서 광섬유는 동일한 서버 랙 내에서도 서버 보드 간 통신에 사용됩니다. 전기 신호를 광 신호로 변환하는 중요한 기능을 수행하는 장치는 광 트랜시버입니다. 광 트랜시버의 기본 구조와 작동 원리에 대한 더 자세한 설명은 아래 기사를 참조하세요.
광 트랜시버의 기본 원리와 최근 동향

위의 도표는 데이터 센터 내 통신 범위(전송 거리)와 연결된 장비를 보여줍니다.
이 모든 계층에서 광 트랜시버는 더 높은 속도를 향해 계속 진화하고 있습니다. 데이터 센터 통신은 오늘날의 주류 800 Gbps에서 1.6 Tbps, 궁극적으로 3.2 Tbps로 발전하고 있습니다. 한편 통신망은 도시와 국가 간 고용량 장거리 통신을 제공합니다. 최근 몇 년간 AI에 대한 수요 증가는 고속 데이터 센터 인터커넥트(DCI) 통신의 필요성도 가속화했습니다.

데이터센터 인터커넥트(DCI) 수요 증가를 이끄는 요인

데이터 센터 간 고속 통신 수요가 증가하는 이유 중 하나는 최근 몇 년 동안 하이퍼스케일러들이 지리적으로 분산된 데이터 센터 아키텍처를 점점 더 많이 채택하고 있기 때문입니다. 이러한 분산 구축의 목적은 비즈니스 연속성을 보장하는 것입니다. 글로벌 클라우드 서비스를 제공하는 기업들은 필요한 막대한 양의 전력을 확보하고 대규모 정전, 화재, 자연재해 또는 기타 장애로 인해 특정 데이터 센터를 사용할 수 없게 되더라도 서비스를 지속적으로 제공하기 위해 데이터 센터를 여러 지역에 분산 배치합니다.

최근 또 다른 추세는 "스케일 어크로스(Scale Across)" 아키텍처의 등장입니다. 이 아키텍처에서는 더 빠른 DCI 링크를 통해 지리적으로 분산된 데이터 센터들이 단일 데이터 센터와 유사한 낮은 지연 시간과 대역폭으로 통신할 수 있습니다. 이를 통해 물리적으로 멀리 떨어져 있는 여러 시설이 통합된 분산 데이터 센터 시스템처럼 운영될 수 있습니다. 결과적으로 데이터 센터 간 고속 통신에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다.

DCI에 대한 기술 요구 사항

DCI는 일반적으로 약 10~80km의 거리에 걸쳐 구축되어 대도시 지역 내 여러 데이터 센터를 연결합니다. 따라서 DCI는 별도의 기사에서 자세히 설명하는 바와 같이, 코히런트 광통신 기술의 주요 응용 분야 중 하나로 주목받고 있습니다.

AI 시대의 급성장하는 광 송수신기 시장과 미래 전망

이 글 전반에 걸쳐 설명했듯이, 통신망, 데이터 센터 인터커넥트, 데이터 센터 내 통신에 사용되는 장비들은 광섬유 케이블로 연결되어 있습니다. 광 트랜시버는 모든 연결 끝에 설치됩니다. 송신 쪽(Tx)에서는 광 트랜시버가 전기 신호를 송신용 광 신호로 변환합니다. 수신 쪽(Rx)에서는 들어오는 광 신호를 다시 전기 신호로 변환합니다. 이 양방향 전기-광 및 광-전기 변환은 장거리에서 고속 데이터 전송을 가능하게 합니다. 광 트랜시버 시장은 특히 데이터 센터 부문에서 빠르게 확장되고 있습니다. AI 수요 증가에 힘입어 이더넷 트랜시버 시장은 빠르게 확장되고 있으며, 전송 속도는 1.6 Tbps와 3.2 Tbps까지 더 증가할 것으로 예상됩니다.

광 트랜시버 속도의 발전을 뒷받침하는 bps, bps/lane, 그리고 보드 속도의 차이와 400 Gbps/레인 시대의 기술적 도전에 대한 자세한 설명은 아래 기사를 참조하세요.
광 트랜시버 통신 성능은 어떻게 결정되나요? bps, bps/lane, 그리고 보드 속도에 대한 설명