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슈포 (Superposition)

@superposition_V

## 1. 1.6T의 진짜 병목은 ‘대역폭’만이 아니라 ‘전력·열(Heat)’이다

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엔비디아와 브로드컴이 이끄는 AI 인터커넥트 시장에서 화두는 얼마나 빠른가(1.6T, 3.2T)?에 쏠려 있다. 실리콘 포토닉스(SiPh)가 대역폭 확장의 표준 플랫폼으로 자리 잡은 것도 사실이다. 다만, 현장의 시스템·패키징 엔지니어들이 체감하는 병목은 단순 속도보다 포트 밀도와 전력·열 관리에 훨씬 가깝다.

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대표적인 800G OSFP-DR8 모듈은 대략 15~18W급 전력 소모가 일반적이었다. 1.6T 세대로 올라가면, 구현 방식과 리치, 폼팩터(OSFP vs OSFP‑XD 등)에 따라 차이는 있지만, 25W급 이상 설계를 전제로 하는 제품군이 이미 등장하고 있다. 1U 서버 랙에 32포트를 꽂는다고 가정하면, 광모듈만으로도 수백 와트, 구성에 따라 1kW에 근접하는 열을 뿜어낸다. 이 수준이 되면 공랭(Air Cooling)의 물리적 한계를 정면으로 시험하게 되고, 냉각 설비를 포함한 데이터센터 OpEx 구조에 직접적인 부담으로 돌아온다.

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그래서 질문은 조금 바뀔 필요가 있다.
누가 더 빠른가 에서 누가 이 트래픽을 처리하면서도 랙과 전기요금을 태우지 않을 것인가?로.
바로 이 지점에서, 순수 Si만으로는 풀기 어려운 전력·열·신뢰성의 물리 한계가 드러나고, InP 기반 소자가 다시 설계 테이블 중앙으로 호출되고 있다.

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[Technical Note 1: 800G/1.6T Power Class & OpEx Sensitivity]

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• 전력 소비 추이: 800G OSFP-DR8는 약 15~18W 수준이 일반적이지만, *DSP·재타이머를 포함한 일부 1.6T OSFP/OSFP‑XD 설계는 25W급(또는 그 이상)을 목표로 한다는 스펙이 등장하고 있다.

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• OpEx 환산(PUE 효과): 데이터센터 PUE를 감안하면, 모듈에서 1W를 줄이면 냉각 전력을 포함해 실질적으로 1.5~2W 절감 효과가 난다. 10만 포트 규모의 AI 클러스터에 그대로 곱해 보면, “포트당 수 W의 차이”가 연 수십억 원급 OpEx·순이익 차이로 연결되는 구조다.

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* DSP (Digital Signal Processor): 광모듈 안에 들어가는 통신 칩. 신호가 찌그러지면 수학적으로 계산해 펴주는 '보정' 역할을 한다. 문제는 얘가 전기를 엄청나게 잡아먹는 하마라는 점이다.

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## 2. 수신부(Rx): LPO 시대, “거짓말을 최소화하는 눈(Linearity)”가 관건이다

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데이터 전송의 출발점은 레이저지만, 링크 품질의 끝은 결국 수신부(Rx)에서 결정된다. * LPO(Linear Drive Pluggable Optics) 트렌드를 고려하면 이 지점에서 SiPh 플랫폼의 구조적 약점 중 하나가 드러난다.

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SiPh Rx는 일반적으로 실리콘 위에 Ge를 적층한 Ge-on-Si 포토다이오드를 사용한다. Si와 Ge 사이에는 약 4%대 격자 상수 차이가 존재해, 계면에 dislocation과 defect가 생기기 쉽다. 이 결함과 계면 상태는 dark current 및 noise를 증가시키고, 선형 동작 범위(Linear Dynamic Range, LDR)를 좁히는 방향으로 작용한다. 물론 공정·패시베이션·어닐링에 따라 이 문제는 상당 부분 완화될 수 있지만, 완전히 무시 가능한 수준이라고 단정하기도 어렵다는 것이 현재까지의 실무 감각이다.

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LPO는 모듈 내 DSP를 생략하고, host의 * SerDes가 직접 아날로그 신호를 처리하는 구조다. 이 말은 곧,

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• 수신부 PD/TIA 단계에서 높은 * linearity와

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• 충분한 dynamic range, 작은 dark current 및 noise
가 확보되지 않으면, 시스템 레벨에서 설계 마진이 크게 줄어든다는 뜻이다.

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이 관점에서 InGaAs/InP 기반 PD는 lattice가 딱 맞은 구조 덕분에 계면 결함에 대한 부담이 상대적으로 낮고, 낮은 current와 넓은 LDR를 확보하기 용이하다. LPO 환경에서는 DSP로 뒤에서 잡아주는 안전망이 약해지기 때문에, 본질적으로 더 선형적인 PD가 주는 설계 자유도가 크다. 오늘 시점에서 LPO에 최적화된 Rx 후보로 InP PD가 부각되는 이유가 여기에 있다.

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“DSP 없이 신호를 처리한다는 것은, 들어오는 빛을 PD가 왜곡 없이 ‘선형적’으로 받아내야 한다는 뜻이다.”

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즉, PD가 일정 수준 이상으로 거짓말(비선형 왜곡)을 하기 시작하면, 시스템 전체가 호스트 SerDes 설계와 채널 예산에서 큰 대가를 치르게 된다. InP PD는 현 시점 LPO 세대에서 요구되는 linearity·noise 성능을 상대적으로 달성하기 쉬운 플랫폼으로, 이 LPO라는 도박을 현실적인 수준의 전력과 비용으로 성사시켜 줄 중요한 물리적 옵션이다.

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[Technical Note 2: Lattice Mismatch & LPO Linearity]

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• Lattice Mismatch: Si와 Ge 사이 약 4.2%의 격자 상수 차이는, 공정 조건에 따라 계면 디스로케이션과 결함을 일으켜 dark current와 잡음을 증가시킬 수 있다. 후공정 어닐링·패시베이션으로 개선 여지는 크지만, LPO처럼 마진이 빡빡한 구조에서는 여전히 설계 변수다.

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