AI 핵심 요약
beta- 뉴스핌이 21일 실리콘 포토닉스 기반 AI 광칩 패권 경쟁을 보도했다
- 엔비디아·브로드컴·TSMC·인텔이 각기 다른 전략으로 CPO와 광 인터커넥트 시장 주도권을 다투고 있다
- TSMC의 제조·패키징 독점과 CPO 확산으로 AI 데이터센터에서 광칩 가치가 급격히 커질 전망이다
!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.
모든 길은 TSMC로, 왜
브로드컴 커스텀 ASIC 승부수
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[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 빛으로 연산하는 인공지능(AI) 시대가 도래하면서 실리콘 포토닉스와 포토리소그래피 테마가 급부상한 가운데 두 가지 기술 패러다임에 올라탄 4개 업체가 이른바 '광칩' 혁명의 주도권을 놓고 각자의 방식으로 패권 전쟁을 벌이고 있다.
젠슨 황이 2025년 3월 GTC 컨퍼런스에서 엔비디아(NVDA)의 실리콘 포토닉스 로드맵을 공식 발표하기 전까지는 업체가 광 인터커넥트 분야에서 얼마나 앞서 있는지 업계에서 충분히 평가받지 못했다.
그는 기조연설에서 세계 최초의 초당 1.6테라비트(Tb/s) 대역폭을 지원하는 CPO(Co-Packaged Optics, 동일 패키지 내 광학 집적) 기반 스위치를 공개하며 이 기술이 마이크로 링 변조기(Micro Ring Modulator)를 활용한 것이라고 밝혔다. 엔비디아는 해당 분야에서 수백 개의 특허를 보유하고 있으며 파트너사에 라이선스를 공급할 계획이다.
엔비디아의 CPO 상용화 로드맵은 3단계로 진행된다. 첫 번째는 OSFP 커넥터 방식으로 1.6Tb/s 대역폭을 지원하는 광 엔진이고, 두 번째는 CoWoS 패키징 내부에 광 소자를 통합해 6.4Tb/s를 구현하는 방식이다. 마지막 단계는 프로세서 패키지 내부에서 12.8Tb/s를 달성하는 완전 통합 형태다.
인피니밴드 기반의 퀀텀-X(Quantum-X) CPO 스위치는 2026년 초 출하가 시작됐고, 이더넷 기반의 스펙트럼-X 포토닉스(Spectrum-X Photonics)는 2026년 하반기를 목표로 하고 있다.
루빈 울트라(Rubin Ultra) 아키텍처의 NVL144 구성은 랙당 8 엑사플롭스의 AI 연산 성능과 1.7페타바이트/초의 메모리 대역폭을 목표로 하는데 이 스케일에서 GPU 간 초고속 광 통신 없이는 시스템 자체가 성립하지 않는다. 엔비디아가 루빈 세대부터 실리콘 포토닉스를 본격 적용하는 이유는 기술적 호기심이 아니라 물리적 필연이라고 업계 전문가들은 말한다.
엔비디아가 GPU를 중심으로 AI 컴퓨팅을 수직 통합하는 전략을 취하는 데 반해 브로드컴(AVGO)은 전혀 다른 방향에서 AI 인프라 장악에 나섰다.
업체의 핵심 무기는 커스텀 AI ASIC(주문형 반도체)와 고성능 네트워킹 칩이다. 구글의 TPU, 메타 플랫폼스(META)의 MTIA, 마이크로소프트(MSFT)의 마이아(Maia), 아마존(AMZN)과 애플(AAPL)의 내부 AI 칩을 포함해 주요 하이퍼스케일러의 커스텀 AI 가속기 상당수가 브로드컴의 손을 거쳐 만들어진다.
2026년 4월 브로드컴은 SEC 8-K 공시를 통해 구글과 2031년까지의 장기 TPU 개발·공급 계약을 체결했다고 밝혔다. AI 인프라 투자의 흐름이 범용 GPU에서 커스텀 실리콘으로 구조적으로 이동하는 신호탄으로 풀이된다.
브로드컴의 시장 지위는 수치로 확인된다. AI 서버용 컴퓨트 ASIC 시장에서 브로드컴의 점유율은 2027년 기준 약 60%에 달할 것으로 전망되며, 고성능 스위칭 및 라우팅 칩 분야에서도 톰호크(Tomahawk) 5·6 시리즈와 제리코(Jericho) 3도 80% 이상의 점유율을 유지한다.
브로드컴의 AI 매출은 2025 회계연도 200억달러를 기록했으며, 2026 회계연도에는 404억달러에 이를 전망이다. CPO 분야에서도 업체는 자체 실리콘 포토닉스 기반 CPO 기술을 보유중이고, 2025년 5월에는 레인당 200G를 지원하는 3세대 CPO 기술의 청사진을 공개했다.
브로드컴이 엔비디아와 다른 점은 고객이 원하는 아키텍처에 맞춤화 된 실리콘을 만든다는 데 있다. 플랫폼 독점이 아닌 고객 밀착 전략으로, 업체는 엔비디아의 GPU 생태계에 종속되지 않으려는 하이퍼스케일러의 요구를 정확히 흡수하고 있다.
엔비디아와 브로드컴, 애플과 인텔까지 최첨단 칩을 만들기 위해 결국 한 곳으로 향한다. 대만의 TSMC(TSM)다.
TSMC는 ASML(ASML)의 EUV 리소그래피 장비를 세계에서 가장 많이 사용하는 고객이면서 AI 광 칩 제조의 사실상 유일한 병목이다. 업체는 2025 기술 심포지엄에서 AI 가속기용 웨이퍼 수요가 2021년부터 2025년까지 12배 증가했다고 발표했고, 2024~2029년 AI 가속기 매출의 연평균 성장률(CAGR)이 40% 중반에 달할 것으로 전망했다.
TSMC의 또 다른 독점적 지위는 첨단 패키징에서 나온다. CoWoS 캐패시티는 2024년 월 3만5000~4만장에서 2026년 9만~11만장으로 확대될 전망인데 용량의 63%를 엔비디아가 선점하고 있다.
아울러 TSMC는 2026년 실리콘 포토닉스 분야의 핵심 제조 플랫폼이 될 COUPE(Compact Universal Photonics Engine)를 본격 양산한다. COUPE는 최첨단 전자 로직, 성숙한 포토닉스 공정, 첨단 패키징을 하나의 스택에 통합한 플랫폼으로, EE 타임스는 해당 기술이 CoWoS와 결합될 경우 동일 패키지 내 광 인터커넥트의 레이턴시를 기존 대비 2배, 전력 효율을 2.5배 개선할 수 있다고 분석했다.
투자은행(IB) 업계는 모든 길이 TSMC로 통하는' 구조가 실리콘 포토닉스에서도 전개될 것으로 예상한다. 2026년 1분기 기준 TSMC의 매출은 359억달러로 전년 동기 대비 40.6% 성장했고, 총이익률은 66.2%로 자체 가이던스 상단을 120bp(1bp=0.01%포인트) 상회했다.
사실 실리콘 포토닉스의 선구자는 인텔(INTC)이었다. 업체의 포토닉스 기술 연구소를 이끈 마리오 파니치아(Mario Paniccia) 박사는 1990년대 후반부터 실리콘을 광학 소자로 활용하는 연구를 시작했고, 2005년 업체는 라만 효과(Raman effect)를 이용한 세계 최초의 연속 실리콘 레이저를 시연해 업계를 놀라게 했다.
하지만 업체는 시장을 장악하지 못했다. 데이터 센터 광통신 트랜시버 시장에서 100G 시대 기준으로 연간 170만개 이상의 실리콘 포토닉스 트랜시버를 출하하는 등 상당한 상업적 성과를 거뒀지만 AI 가속기 시대의 핵심은 트랜시버 모듈 판매가 아니라 최첨단 로직과 광학 소자를 하나의 패키지에 통합하는 능력이고, 이 분야에서 TSMC의 CoWoS와 COUPE 플랫폼이 인텔의 자체 제조 역량을 구조적으로 앞서는 상황이다.
인텔의 OCI 칩렛은 현재 프로토타입 단계로, 선정된 고객사와의 공동 패키징 작업이 진행 중이지만 양산 시점은 미확정이다. 반면 엔비디아와 브로드컴은 이미 TSMC의 제조 역량 위에서 CPO 기반 제품의 상용화 시계를 구체적으로 제시하고 있다.
인텔이 수십 년간 쌓아온 포토닉스 연구 자산이 AI 광칩 패권 경쟁에서 결정적인 역할을 하기 위해서는 제조 역량의 회복과 고객 생태계 구축이라는 두 가지 과제를 동시에 해결해야 한다는 지적이다.
실리콘 포토닉스는 기술 시연 단계를 지나 실제 데이터 센터 인프라에 대규모로 배치되는 전환점을 통과하고 있다. 카운터포인트리서치는 CPO 기반 광 인터커넥트의 데이터 센터 침투율이 2025년의 미미한 수준에서 2030년대 초에는 35%를 상회할 것으로 분석한다.
빛이 전기를 대체하는 속도가 빨라질수록 빛을 다루는 칩을 설계 및 제조하는 기업들의 가치가 함께 상승할 전망이다.
shhwang@newspim.com
