[Weekly Issue] 인텔, AI 고속 데이터 처리 혁신할 완전 통합형 광학 I/O 반도체 칩렛 업계 최초 구현

 

인텔이 확장 가능한 AI 인프라를 위해 별도 트랜시버가 없는 완전 통합형 광학 입출력(I/O) 칩렛(Chiplet)을 업계 최초로 구현했다고 지난 27일 공개했다.

인텔은 미국 샌디에이고에서 개최된 광통신 전시회 ‘OFC 2024(Optical Fiber Communication Conference 2024)’에서 인텔 IPS(Integrated Photonics Solutions) 그룹을 통해 완전 통합 광학 컴퓨트 인터커넥트(OCI, Optical Compute Interconnect) 칩렛을 인텔 CPU에 코-패키징해 실시간 데이터를 실행하는 최첨단 기술을 시연했다.

토마스 릴제버그 인텔 IPS 그룹 제품 관리 및 전략 담당 선임 디렉터는 “서버 간 데이터 이동이 지속적으로 증가하면서 데이터센터 인프라의 성능에 부담이 가중되고 있으며, 현재 솔루션으로는 전기 I/O 성능의 실질적인 한계에 가까워지고 있다”며, “이번 OCI 칩렛은 대역폭을 높이고, 전력 소비를 줄이며, 도달 거리를 늘려 고성능 AI 인프라의 혁신을 약속하는 머신러닝(ML) 워크로드 가속화를 지원한다”고 강조했다.

OCI 칩렛은 최대 100m의 광섬유에서 각 방향으로 32Gbps 데이터 전송 64채널을 지원하도록 설계됐다. 이를 통해 데이터 처리시 더 높은 대역폭과 낮은 전력 소비, 더 긴 도달 거리에 대한 AI 인프라의 요구를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또 이 솔루션은 일관된 메모리 확장 및 리소스 분리를 포함한 새로운 컴퓨팅 아키텍처와 CPU/GPU 클러스터 연결의 향후 확장성도 지원한다.

종전 구리 트레이스 연결과 같은 전기 I/O는 고대역폭 집적도와 저전력을 지원하지만 약 1미터 이하의 짧은 거리까지만 제공한다. 데이터 센터 및 초기 AI 클러스터에 사용되는 플러그형 광 트랜시버 모듈은 AI 워크로드에 필요한 확장 요건에 따라 거리를 늘릴 수 있으나 비용과 전력이 크다.

코-패키징 xPU 광학 I/O 솔루션은 바로 AI/ML 인프라 확장에 필수적인 향상된 전력 효율성, 낮은 대기 시간, 더 긴 도달 거리 및 대역폭을 지원할 수 있는 것이다.

예를 들면 데이터 전송을 위해 CPU와 GPU에서 전기 I/O를 광학 I/O로 교체하는 것은 상품 전달 수단을 마차에서 자동차와 트럭으로 바꾸는 것으로 비유할 수 있다는 게 인텔의 설명이다. 결과적으로 향상된 성능과 에너지 비용을 인텔 OCI 칩렛과 같은 광학 I/O 솔루션이 AI 확장에 가져올 수 있는 것이다.

통합된 OCI 칩렛은 인텔의 실리콘 포토닉스 기술을 활용하는 동시에 온칩 레이저 및 광 증폭기를 포함하는 실리콘 포토닉스 집적회로(PIC)를 전기 IC와 통합시킨다. 이번 OFC에서 시연한 OCI 칩렛은 인텔 CPU와 함께 패키징됐지만 차세대 CPU, GPU, IPU 및 기타 SOCs(시스템온칩) 등과 통합할 수도 있다.

통합 OCI 칩렛은 최대 4Tbps 양방향 데이터 전송을 지원하며 PCIe 5세대와 호환된다. 시연에서 실시간 광 링크는 단일 모드 광섬유(SMF) 패치 코드를 통해 두 CPU 플랫폼 간의 송신기(Tx) 및 수신기(Rx) 연결을 보여줬다. CPU는 광학 비트 오류율(BER)을 생성하고 측정했으며, 강력한 신호 품질을 보여주는 32Gbps Tx 아이(eye) 다이어그램과 함께 단일 광섬유에서 200GHz 간격의 8개 파장을 사용하는 Tx 광학 스펙트럼을 시연했다.

통합 OCI 칩렛은 각각 8개의 고집적 파장 분할 다중화(DWDM) 파장을 전달하는 8개의 광섬유 쌍을 활용해 최대 100m(실제 적용은 전파 시간 지연으로 인해 수십 미터로 제한될 수 있음)까지 각 방향으로 32Gbps 데이터의 64개 채널을 지원한다.

또 코패키징 솔루션은 에너지 효율이 탁월하다. 플러그형 광 트랜시버 모듈의 약 비트당 15 피코줄(pJ)에 비해 비트당 5 피코줄(pJ)만 소비한다.