AI 데이터센터, 구리 케이블 넘어 무선으로...Point2·AttoTude, 밀리미터파 케이블 기술 개발

테라비트급 데이터 전송에 구리 물리적 한계 직면...라디오파 활용한 신기술로 거리·전력·비용 3박자 해결

AI 컴퓨팅 수요 증가로 GPU 간 연결 기술 혁신 요구, 무선 기반 케이블이 차세대 해법 제시

[한국정보기술신문] AI 모델 훈련에 필수적인 대규모 GPU 클러스터의 연결 기술이 물리적 한계에 봉착하면서, 무선 주파수를 활용한 혁신적인 케이블 기술이 주목받고 있다. Point2 Technology와 AttoTude 등 스타트업들이 밀리미터파와 테라헤르츠 주파수를 이용한 차세대 데이터 전송 솔루션을 개발 중이며, 이는 AI 데이터센터의 패러다임을 바꿀 것으로 전망된다.

데이터센터 업계에서는 AI 컴퓨팅 성능 향상을 위해 스케일 아웃과 스케일 업이라는 두 가지 접근법을 활용해왔다. 스케일 아웃은 여러 컴퓨터를 연결해 대규모 문제를 분산 처리하는 방식으로, 주로 광섬유와 포토닉 칩을 사용한다. 반면 스케일 업은 단일 컴퓨터에 최대한 많은 GPU를 집적해 거대한 단일 GPU처럼 작동시키는 방식으로, 주로 1~2미터 내외의 짧은 구리 케이블을 사용한다.

그러나 GPU 간 데이터 전송 속도가 테라비트급에 근접하면서 구리 케이블의 물리적 한계가 명확해졌다. Point2 Technology의 제품 마케팅 및 비즈니스 개발 부사장 데이비드 쿠오는 이를 구리 절벽이라고 표현했다. 특히 엔비디아가 2027년까지 시스템당 최대 GPU 수를 현재 72개에서 576개로 8배 증가시킬 계획을 발표하면서, 기존 구리 케이블로는 이러한 밀집도를 감당하기 어려운 상황이다.

스킨 효과가 만든 구리의 한계

구리 케이블이 고속 데이터 전송에 직면한 가장 큰 문제는 스킨 효과다. 이는 고주파 신호에서 급격히 변화하는 전류가 자기장을 생성하고, 이 자기장이 다시 전류를 방해하면서 전류가 도선의 표면에만 집중되는 현상이다. 60헤르츠에서는 전류가 구리 표면 8밀리미터 깊이까지 흐르지만, 10기가헤르츠에서는 0.65마이크로미터에 불과하다. 따라서 고주파 데이터를 전송하려면 더 두꺼운 도선과 더 많은 전력이 필요하며, 이는 데이터센터 내 밀집 연결과 정면으로 충돌한다.

이에 대응해 업계는 리타이머라는 특수 전자회로를 양 끝에 장착한 능동형 전기 케이블을 개발했다. 네트워크 하드웨어 제공업체 Credo의 수석 부사장 돈 바넷슨에 따르면, 이 기술로 800기가비트를 최대 7미터까지 전송할 수 있다. 그러나 물리학의 법칙을 영원히 거스를 수는 없다는 것이 업계의 공통된 인식이다.

밀리미터파로 20미터 도달

Point2는 90기가헤르츠와 225기가헤르츠 두 주파수를 사용해 각각 448기가비트를 전송할 수 있는 8개의 폴리머 웨이브가이드로 구성된 1.6테라비트급 케이블을 개발했다. 이 케이블의 직경은 8.1밀리미터로 동급 구리 케이블의 절반에 불과하며, 도달 거리는 10~20미터에 달한다. 웨이브가이드 양 끝에는 전자 비트를 변조된 무선 신호로 변환하고 다시 복원하는 플러그인 모듈이 장착된다.

Point2의 기술은 광학 방식 대비 3분의 1의 전력을 소비하고, 비용도 3분의 1 수준이며, 지연시간은 1000분의 1에 불과하다. 이 회사는 마블, 엔비디아, 삼성 출신 베테랑들이 9년 전 설립했으며, 케이블 제조업체 Molex로부터 5500만 달러의 벤처 투자를 유치했다. Molex는 기존 생산 라인을 수정하지 않고도 Point2의 케이블을 제조할 수 있음을 이미 입증했다.

테라헤르츠로 향하는 AttoTude

광통신 장비업체 Infinera의 공동 창업자 데이브 웰치가 설립한 AttoTude는 더욱 높은 주파수 영역인 테라헤르츠 대역(300~3000기가헤르츠)을 목표로 한다. 수십 년간 포토닉스 기술을 연구한 웰치는 광학 기술의 약점을 잘 알고 있었다. 엔비디아에 따르면 광학 기술은 데이터센터 컴퓨팅 예산의 약 10%를 전력으로 소비하며, 온도에 극도로 민감하고, 마이크로미터 단위의 정밀 제조가 필요하며, 장기 신뢰성이 낮다.

웰치는 광섬유는 좋지만 포토닉스 기술 자체가 문제라며, 전자 기술이 본질적으로 광학보다 더 신뢰성이 높다고 강조했다. AttoTude의 시스템은 GPU와 인터페이스하는 디지털 컴포넌트, 테라헤르츠 주파수 생성기, 데이터를 신호에 인코딩하는 믹서, 그리고 신호를 좁은 유연한 웨이브가이드로 전달하는 안테나로 구성된다.

웨이브가이드는 중심의 유전체와 주변 클래딩으로 구성되며, 직경은 약 200마이크로미터에 불과하다. 2세대 케이블은 미터당 0.3데시벨의 낮은 손실을 보이며, 최대 20미터까지 데이터를 전송할 수 있다. AttoTude는 지난 4월 샌프란시스코에서 열린 광섬유통신회의에서 970기가헤르츠로 4미터 전송에 성공했다.

GPU 직접 연결 목표

두 스타트업 모두 궁극적으로는 GPU에 직접 연결되는 트랜시버 개발을 목표로 한다. 엔비디아와 브로드컴은 최근 프로세서와 같은 패키지 안에 광학 트랜시버를 배치하는 기술을 선보였지만, 광섬유를 포토닉 칩의 웨이브가이드에 마이크로미터 정밀도로 정렬하는 것은 여전히 어려운 과제다.

반면 밀리미터파와 테라헤르츠 신호는 파장이 훨씬 길어 웨이브가이드 연결에 정밀도가 덜 요구된다. Point2의 데모 시스템에서는 손으로 연결이 가능했다고 한다. 쿠오는 플러그형 연결이 첫 번째 응용 분야가 되겠지만, 프로세서와 공동 패키징된 라디오 트랜시버가 진정한 목표라고 밝혔다.

이러한 기술은 데이터센터의 액체 냉각 의존도를 낮출 수 있는 잠재력도 있다. 현재 GPU를 고밀도로 배치해 수동형 구리 케이블로 연결하려면 공기 냉각만으로는 부족해 액체 냉각이 필수적이다. 그러나 무선 기반 케이블로 GPU 간 거리를 늘릴 수 있다면 냉각 부담이 크게 줄어들 것으로 기대된다.

Point2는 올해 말부터 1.6테라비트급 칩의 양산에 들어갈 예정이며, 28나노미터 CMOS 공정을 사용해 표준 실리콘 파운드리에서 제조가 가능하다는 점도 강점이다. 두 스타트업의 기술이 상용화에 성공한다면, AI 시대 데이터센터 인프라의 새로운 표준이 될 것으로 전망된다.

한국정보기술신문 정보통신분과 문창우 기자 news@kitpa.org