AI로 인해 코히어런트 옵틱에 대한 수요가 빠르게 늘어나고 있지만, 이러한 수요가 하나의 아키텍처로만 향하는 것은 아닙니다. Ciena의 헬렌 제노스(Helen Xenos)는 네트워크가 전력, 밀도, 스펙트럼 효율성, 구축 신속성을 최적화함에 따라 코히어런트 기술도 여러 방향으로 동시에 진화하고 있다고 설명합니다.
향후 코히어런트 옵틱의 발전에 AI는 어떤 의미를 가질까요? 우리는 이미 AI가 어떻게 광 네트워크를 재편하고 RLS Hyper-Rail과 같은 포토닉 회선 시스템의 혁신을 주도하는지 살펴본 바 있습니다. 과연 이것이 코히어런트 옵틱에는 어떤 영향을 미칠까요? 데이터 센터가 전력 효율성에 점점 더 집중하면서, 모든 애플리케이션이 결국 코히어런트 플러그형으로 넘어가게 될까요? 아니면 앞으로도 성능 최적화 트랜스폰더가 중요한 역할을 맡게 될까요?
그 현실은 조금 더 미묘하면서도 흥미롭습니다.
코히어런트 옵틱에 대한 수요가 전례 없이 증가하고 있으며 관련 애플리케이션, 아키텍처, 배포 모델 또한 급격히 확장되고 있습니다. 네트워크 사업자들이 스펙트럼 효율성, 전력, 공간 효율성, 구축 신속성 등의 다양한 제약에 맞춰 최적화함에 따라, 코히어런트 기술은 여러 방면으로 진화하며 그 어느 때보다 폭넓은 폼 팩터로 발전하고 있습니다.
앞으로의 다양한 구현 방식을 논하기에 앞서, 늘 그렇듯 한 걸음 물러나 우리가 해결해야 할 고객 문제가 무엇인지 파악하는 것이 중요합니다.
- 전력 효율성이 최우선 과제인가요?
- 최소 공간에 최대 용량을 구현하는 밀도 극대화가 핵심 요건인가요?
- 네트워크 내 모든 링크에 400G 연결성을 구현하는 등, 특정 회선 속도에서 정해진 도달 거리를 지원해야 하나요?
- 사용 가능한 광 케이블이 제한되어 있거나 확보 비용이 많이 드나요?
- 아니면 운영 단순성과 구축 신속성이 더 중요한가요?
이러한 질문에 대한 답이 최적의 기술을 선택하는 척도가 됩니다.
어떤 문제를 해결해야 하나요?
여전히 중요한 스펙트럼 효율성
사용 가능한 광 케이블이 제한되어 있거나 확보 비용이 많이 드는 경우, 스펙트럼 효율성이 매우 중요해집니다. 이러한 애플리케이션에서 성능 최적화 트랜스폰더는 여전히 확실한 우위를 점합니다. 이는 플러그형처럼 전력 범위 제한이 엄격하지 않으므로 보다 정교한 DSP 기술을 활용할 수 있기 때문입니다. 덕분에 플러그형 솔루션보다 높은 광 케이블 용량을 구현할 수 있습니다.
예를 들어 1.6T 코히어런트 플러그형은 아직 존재하지 않지만, Ciena의 WL6e(WaveLogic 6 Extreme) 1.6T 고성능 옵틱은 이미 18개월 이상 출하되어 전 세계 100개 이상의 고객 네트워크에 구축되었습니다. WL6e는 예상대로 장거리 또는 해저 네트워크는 물론, 광 케이블 가용성이 제한적인 모든 환경에서 널리 사용되고 있습니다.
실제로, 플러그형 기반의 접근 방식보다 광 케이블당 용량을 50% 늘릴 수 있는 WL6e를 메트로 DCI 네트워크에 구축하는 네오스케일러가 점점 늘어나는 추세입니다.
성능 비교 - 메트로 DCI 애플리케이션
그렇다면 고성능 트랜스폰더의 다음 단계는 무엇일까요?
양자 보안 네트워킹 및 네트워크 센싱과 같은 새로운 사용 사례가 이미 부상하고 있습니다. 동시에, 130GHz를 뛰어넘는 고대역폭 구성 요소로 인해 300GHz 및 400GHz 간격의 코히어런트 솔루션이 가능해짐에 따라 비트당 전송 비용이 한층 절감될 것입니다. 이러한 시스템에서는 16개 또는 12개의 트랜시버 페어만으로도 C 대역 전체를 완전히 채울 수 있습니다.
계속해서 확장되는 코히어런트 플러그형
동시에, 코히어런트 플러그형은 네트워크 아키텍처를 근본적으로 재편하며 첨단 광 네트워크의 필수적인 요소로 자리매김했습니다.
코히어런트 플러그형은 전력 및 공간 효율성이 탁월하며, 라우터와 직접 통합되어 네트워크 설계를 간소화하고, 견고한 멀티 벤더 생태계를 지원했습니다. 그 결과 코히어런트 트랜시버 시장이 비약적으로 확대되었으며, 훨씬 더 광범위한 애플리케이션 분야에 코히어런트가 빠르게 도입되었습니다.
플러그형에 새로운 기능과 향상된 성능이 지속적으로 통합됨에 따라, 클라우드 및 서비스 공급자들은 이를 점점 더 많은 플랫폼, 아키텍처, 애플리케이션 전반에 구축하고 있습니다.
오늘날 400G 코히어런트 플러그형은 대규모로 구축됩니다. WaveLogic 5 Nano만 해도 전 세계 300개 이상의 고객 네트워크에서 운용되고 있습니다. 800G 코히어런트 플러그형은 이제 스케일 어크로스 애플리케이션에 힘입어 전례 없는 속도로 확산되는 중입니다. WaveLogic 6 Nano C 대역 및 L 대역 플러그형은 이미 대량으로 출하되어 이러한 구축을 지원하고 있습니다.
코히어런트 플러그형은 여전히 진화를 거듭합니다.
1.6T 플러그형이 출시를 앞두고 있으며, 코히어런트 옵틱은 비용, 전력, 지연 시간에 최적화된 코히어런트 라이트 설계를 통해 10~20km의 단거리 캠퍼스 상호 연결 애플리케이션 등 새로운 사용 사례로 그 영역을 확장해 나갈 것입니다.
흥미롭게도, 본래 성능 최적화 트랜스폰더를 위해 개발되었던 첨단 DSP 기술(WL6e에 사용된 확률적 성상 형성 변조 기술 등) 중 일부는 이제 상호 운용 가능한 전력 최적화 1600ZR+ 플러그형 설계에 맞춰 간소화되거나 용도가 변경되고 있습니다.
새로운 확장 한계로 부상한 전력 및 밀도
그러나 코히어런트 플러그형이 더 높은 용량으로 확장됨에 따라, 앞으로 네트워크 아키텍처를 좌우할 새로운 시스템 수준 제약이 생겨나고 있습니다.
라우터 용량은 51.2Tb/s에서 102.4Tb/s로, 그리고 이제는 204.8Tb/s를 향해 급격히 확장되고 있습니다. 반면 전면부 밀도는 그에 맞춰 증가하지 않습니다. 일반적인 1RU 라우터는 여전히 약 32개의 OSFP 포트로 제한되어, 밀도 측면에서 명확한 걸림돌이 됩니다.
동시에, 코히어런트 플러그형의 전력 소비량은 공기 냉각 방식의 실질적인 한계에 빠르게 다다르고 있습니다.
이제 광 기술 자체보다는 전력과 전면부 밀도가 문제인 경우가 점점 더 늘어나고 있습니다.
이에 따라 업계는 코히어런트 옵틱의 발전에 직접적인 영향을 미칠 두 가지 새로운 아키텍처 방향을 모색하는 중입니다..
그중 하나는 CPO(공동 패키지형 광학)로, 리타임되지 않는 옵틱을 스위치/XPU 실리콘에 더 가깝게 배치하여 밀도를 향상하고 전력 소비량을 대폭 줄이는 기술입니다. 이를 통해 전면부 I/O 밀도를 획기적으로 높일 수 있습니다. 예를 들어 Ciena의 Vesta 200 6.4T CPX 광 엔진은 차세대 204.8T 스위치를 지원하도록 설계되었으며, 기존의 리타임 시스템에 비해 2kW의 전력을 절감합니다.
동시에, 이 방식은 전송 아키텍처를 IMDD 옵틱과 외부 코히어런트 트랜스폰더를 갖춘 라우터 방식으로 다시 전환합니다.
또 다른 방식은 액체 냉각을 활용하는 것입니다. 이렇게 하면 고전력 코히어런트 옵틱을 라우터 전면부에 유지하면서도, 플러그형이 제공하는 수많은 운영 이점을 그대로 누릴 수 있습니다.
물론 단점은 액체 냉각 인프라가 필요하다는 것입니다.
예시로는 액체 냉각 콜드 플레이트를 갖춘 RHS(탑승형 방열판) OSFP, 플러그 직접 연결형(direct-to-plug) 액체 냉각 OSFP, 그리고 최근 발표된 XPO(eXtra-dense Pluggable Optics) 등이 있습니다. XPO는 12.8Tb/s 액체 냉각 플러그형 옵틱 모듈로, 현 OSFP 옵틱 대비 전면부 밀도를 4배 높여 랙 유닛당 최대 204.8Tb/s를 지원합니다.
액체 냉각 플러그형 트랜시버 옵션의 예시
새로운 아키텍처를 주도하는 구축 신속성
현재 떠오르는 또 다른 구현 방식은 밀도보다는 운영 규모와 구축 신속성을 중심으로 합니다.
방대한 네트워크 분량을 빠르게 개시해야 한다는 급박함은 수많은 AI 인프라 구축의 핵심 요건이 되고 있습니다.
본래 전송 용량은 한 번에 하나의 파장씩 구축되어 왔으며, 광 케이블 한 페어를 완전히 채우려면 수많은 코히어런트 트랜시버가 필요했습니다. 그러나 AI 네트워크로 인해 수십 개, 나아가 수백 개의 광 케이블 용량을 동시에 구축해야 하는 경우가 많아지면서 파장 단위의 운영 모델은 점점 더 비효율적으로 변해 가고 있습니다.
이에 따라 업계는 전체 광 케이블을 동시에 점등하는 새로운 통합 FST(풀 스펙트럼 트랜스폰더) 아키텍처를 검토하고 있습니다.
이 방식은 코히어런트 트랜스폰더에 연결된 그레이 옵틱으로 회귀하는 것이지만, 수많은 파장 단위 운영을 하나의 관리형 회선 인터페이스로 수렴함으로써 구축을 획기적으로 간소화하고, 운영 복잡성을 줄이며, DWDM 전문성에 대한 의존을 최소화합니다.
또 하나의 중요한 이점은 플러그형 폼 팩터의 엄격한 열 및 전력 제약에서 벗어나 고성능 코히어런트 설계가 가능해진다는 것입니다.
코히어런트 플러그형과 마찬가지로, 다양한 고객 요구 사항과 운영 우선 순위를 충족하기 위해 여러 FST 설계가 등장하고 공존할 것으로 예상됩니다. 예시로는 표준 ELSFP 폼 팩터를 기반으로 하는 미니 플러그형 트랜스폰더(미디어 컨버터라고도 함)로 채워진 플랫폼 아키텍처를 들 수 있습니다.
앞으로의 다양한 길
그렇다면 코히어런트 옵틱은 이제 어떤 방향으로 나아가야 할까요?
단 하나의 아키텍처나 폼 팩터만이 정답은 아닙니다.
스펙트럼 효율성, 전력 효율성, 밀도, 열 확장성, 운영 간소성, 구축 신속성 등의 제약 조건에 따라 최적의 구현 방식도 달라집니다. 코히어런트 기술이 새로운 애플리케이션으로 뻗어 나감에 따라 앞으로 코히어런트 플러그형, 고성능 트랜스폰더, CPO, 액체 냉각 플러그형, 풀 스펙트럼 시스템이 모두 중요한 역할을 할 것으로 보입니다.
점점 더 명확해지는 사실은 코히어런트 옵틱이 더 이상 하나의 방향으로만 발전하지 않는다는 것입니다.
바로 이 지점에서 Ciena의 시스템 수준 전문성이 빛을 발합니다.
Ciena는 코히어런트 기술, 포토닉 시스템, 네트워크 엔지니어링 분야를 수십 년간 이끌어 왔습니다. 이를 바탕으로 단순히 고객이 스펙트럼 효율성, 전력, 밀도, 운영 간소성, 구축 신속성, 전반적인 네트워크 경제성 등 온갖 네트워크 제약에 맞춰 최적화하도록 돕는 것을 넘어, 이러한 모든 아키텍처 방향에서 선제적으로 혁신을 주도하고 있습니다.
Ciena는 업계를 선도하는 코히어런트 플러그형부터 고성능 트랜스폰더, CPO, 액체 냉각 플러그형, 그리고 새롭게 부상하는 풀 스펙트럼 트랜스폰더에 이르는 폭넓은 투자를 통해 고객이 저마다의 운영 및 비즈니스 요건에 최적화된 네트워크를 구축하도록 지원합니다.
코히어런트 옵틱의 미래는 어느 한 가지 방식이나 단일 폼 팩터에 좌우되지 않을 것입니다. 오히려 당면한 문제에 가장 적합한 아키텍처를 적용하는 역량과, 이 모든 영역에 걸친 지속적인 혁신에 달려 있습니다.