전력 줄이고 데이터 빠르게… 차세대 AI ‘CPO 기술’ 경쟁 치열

GPU-트랜시버 하나로 묶는 기술
젠슨 황, 인프라 개선 전환점 꼽아… 2032년 4조원 규모로 시장 커질듯
삼성전자-TSMC 등 상용화 나서
美정부는 자국 기업 자금 지원도

인공지능(AI) 모델의 규모가 커지고 ‘AI 에이전트’ 시대가 열리며 적은 전력을 사용하면서도 빠른 통신이 가능한 연결 기술이 뜨고 있다. 최근 AI 데이터센터들은 여러 그래픽처리장치(GPU)가 병렬 연결돼 작동하기 때문에 빠른 연결 기술이 필수다. 현시점에서 가장 주목받는 연결 기술로는 GPU와 광학 부품(광 트랜시버)을 하나로 통합하는 공동광학패키지(CPO) 기술이 꼽힌다.

● 더 가깝고 빠른 길 만드는 CPO 기술

10일 반도체 업계에 따르면 최근 삼성전자, TSMC, 브로드컴 등 글로벌 반도체 기업들이 CPO 기술 상용화에 나섰다. AI 가속기를 판매하는 엔비디아의 젠슨 황 최고경영자(CEO)는 지난해 미국 실리콘밸리에서 열린 연례개발자회의 ‘GTC 2025’에서 CPO 기술을 차세대 AI 인프라의 주요 전환점으로 꼽기도 했다.

글로벌 기업들이 모두 뛰어든 CPO 기술은 GPU, 중앙처리장치(CPU) 등 연산 반도체와 전기 신호를 빛으로 변환하는 광 트랜시버를 하나로 통합하는 패키징 기술이다.

기존에는 멀찍이 떨어져 있는 GPU와 광 트랜시버를 구리 배선으로 이어 데이터를 처리했다. GPU와 광 트랜시버 간 거리가 멀다 보니 신호를 전송하는 과정에서 신호가 손실되거나 발열이 심해지는 현상이 발생했다. 더 중요한 것은 AI 연산량이 급증함에 따라 더 많은 구리 배선이 필요해지면서 공간이 한계에 다다랐다는 점이다.

CPO 기술은 연산 반도체와 광 트랜시버를 하나로 포장(패키징)해 모든 문제를 해결할 수 있다. 업계에서는 CPO 기술이 도입될 경우 기존 대비 최소 30% 이상의 전력을 아낄 수 있을 것으로 추산한다. 데이터가 가는 길을 도로에 비유하면 CPO 기술은 목적지까지 가는 물리적인 거리를 가깝게 만들고, 더 넓고 안정적인 일종의 ‘포장 도로’를 마련해 주는 것이다.

● 삼성전자·TSMC 등 상용화 박차

이런 강력한 이점 때문에 AI 인프라 경쟁이 치열한 빅테크들 사이에서도 CPO에 대한 수요가 늘고 있다. 글로벌 시장조사기관 리서치앤드마켓은 2026년 6억300만 달러(약 8552억 원) 규모인 CPO 시장은 2032년 29억 달러(약 4조1130억 원)로 연평균 29.7% 성장할 것이라고 내다봤다.

이에 따라 글로벌 반도체 파운드리 기업들도 올 하반기(7∼12월)부터 본격 상용화에 나설 계획이다. TSMC는 CPO 기술이 접목된 반도체 패키징 플랫폼 ‘쿠페(COUPE)’를 공개하고, 올 하반기 양산을 목표로 하고 있다. 올해 5월 대만에서 열린 TSMC 기술포럼에서 장샤오창 TSMC 사업개발·글로벌 업무 담당 수석 부사장은 “쿠페가 반도체 산업의 다음 핵심 키워드가 될 것”이라고 언급했다. 삼성전자 역시 2027년 상용화를 목표로 CPO 기술을 개발 중인 것으로 알려졌다.

CPO가 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술로 부상하자 미국 정부도 자국 기업 지원에 나섰다. 지난달 29일(현지 시간) 미국 정부는 자국 파운드리 기업인 글로벌파운드리스에 3억 달러(약 4255억 원)를 지원하기로 했다. 글로벌파운드리스는 미국 반도체법에 따라 AI 데이터센터용 광학 패키징 기술 연구개발(R&D) 역량을 강화하는 데 정부 자금을 지원받게 됐다. 로이터통신은 이번 지원의 주요 목표는 자국 내 CPO 기술의 발전에 있다고 평가했다.

공동광학패키지(CPO) 기술
그래픽처리장치(GPU)와 광학 엔진을 하나로 통합하는 패키징 기술. 고속 데이터 처리를 위해서는 GPU에서 나오는 전기 신호를 빛으로 전환하는데, 지금까지는 구리선으로 GPU와 광학 엔진을 연결해 왔다. CPO 기술을 활용하면 기존 구리 배선의 문제로 꼽히던 신호 손실과 전력 소모를 막을 수 있다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com