실리콘 포토닉스 — AI 반도체 2막 '연결'의 핵심 인프라

01핵심 개요

항목	내용
채널	티타임즈TV · 박영준 라이팩 CTMO(전 서울대 전기공학부 교수, 전 SK하이닉스 메모리연구소장)
프레임	AI 반도체 1막=GPU 확보 경쟁 → 2막=칩·칩 '연결(광전송)'
핵심 주장	AI가 요구하는 초고속에 구리 배선이 한계 → 근거리도 빛으로 전송, 실리콘 포토닉스가 후보
효과	데이터센터 광 전환 시 전체 에너지 약 30~40% 절감 기대
현주소	기술은 40년 성숙, 시스템 실제 채택은 '지금부터 시작'

02문제 정의 — 왜 지금 '연결'인가

전자 시스템은 계산(칩)·칩 간 연결(보드)·외부 전송으로 나뉜다. 집·빌딩까지 장거리 전송은 오래전부터 광섬유(광통신). 반면 칩·칩, 모듈·모듈 간 수십 cm 단거리는 구리선으로 충분했으나, AI가 어마어마한 속도를 요구하며 구리 전송이 병목. "가까운 칩 사이에도 전부 빛으로 가야 한다"가 갑작스러운 컨센서스. 장거리는 광통신, 근거리는 광전송(광송신)으로 구분.

03실리콘 포토닉스 원리

기본은 실리콘 칩. 외부에서 신호 없는 CW(연속파) 레이저 빛을 받아, 실리콘 위 웨이브가이드(빛의 통로)로 흘려보내며 그 위 PN 다이오드에 전기 신호를 가함. GPU·NPU·TPU에서 온 디지털 신호(0·1)로 PN 다이오드를 켜고 끔 → 지나가는 빛이 다르게 행동 → 이 변화가 곧 신호(모듈레이션). 요즘은 초당 수백억 회(수백 Gbps, 실제 개발은 ~400G급) 스위칭.

04실리콘 포토닉스의 장점 — 왜 주목받나

장점	설명
안정성	빛은 잘 망가짐(고장 시 전체 마비) — 실리콘은 반도체 경험 풍부·수명 김. 안정된 변조 수단
저비용	레이저는 비싼 반도체, 실리콘은 상대적으로 저렴
에너지	빛은 이동 시 원리적으로 에너지 소모 없음. 구리는 장거리 발열로 에너지 손실 → 데이터센터 30~40% 절감 기대

단, 실리콘 포토닉스만이 유일 해법은 아님. 복잡성으로는 레이저 직접 변조가 더 단순·경험 풍부 → 두 진영이 상호보완+극렬 경쟁.

05구조적 난제 — 오버헤드

칩·칩 사이 전기 경로를 끊고 중간에 변환 칩 삽입(전기→빛), 광섬유 전송, 다시 역변환 칩(빛→전기, 디모듈레이션) 필요. 송신기+수신기(합쳐 트랜시버)라는 큰 오버헤드. 그래서 40년간 비주류였으나, AI 속도 요구로 "안 쓰면 안 되는 지경"이 되어 드디어 주류化.

06경쟁 구도 — 누가 앞서나

인텔: 실리콘 포토닉스 대량생산 절대 지존, 수십 년 통신 응용 공급. 단 수율(일드) 구조가 취약 → 광전송 채택 가능성은 작음.
TSMC: 패키징 단계에서 이미 상당 수준 채택(COUPE 계열 구조). '광은 전기를 잘 보내기 위한 수단' — 전체 시스템·고객을 아는 패키징 강자가 유리.
삼성: 자체 기술 보유, 하이퍼스케일 데이터센터 공급원으로 거론되나 아직 두각은 아님.
NVLink: 현재 칩·칩 통신은 모두 구리. NVLink·PCIe·UCIe 등도 광 전환을 추진 중(아직 실리콘 포토닉스 미적용).

07라이팩(Lipac)의 차별점 — 패키징

박영준 교수가 2017년경(HBM 양산 초기) 창업. 핵심 통찰: "레이저 만드는 회사는 많지만 광을 잘 패키징하면 기회." 전자 하는 사람은 광을, 광 하는 사람은 전자를 잘 모름 — 반도체 전기+광을 모두 아는 것이 핵심 경쟁력. FOWLP(팬아웃 웨이퍼레벨 패키징) 방식으로 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드) 웨이퍼에 레이저·반도체 칩을 조립, 반도체 금속 라인으로 정교한 단거리 연결.

08용어 사전

용어	한줄 설명	비유/예시
실리콘 포토닉스	실리콘 칩 위에서 빛에 전기 신호를 싣는 기술	빛에 데이터 태우는 실리콘
광전송(광송신)	칩·칩 수 cm~수 m 근거리 광 전송	근거리 빛 배달
CW 레이저	신호 없이 켜져만 있는 연속파 빛	빈 컨베이어 벨트
웨이브가이드	실리콘 위 빛의 통로	빛 파이프
모듈레이션(변조)	빛/전기에 0·1 디지털 신호 싣기	빛에 모스부호
트랜시버	전기↔빛 변환 송·수신 칩 쌍	광 환전소
FOWLP	팬아웃 웨이퍼레벨 패키징	광용 최첨단 조립법