AI 클러스터 규모가 계속 확장됨에 따라, 800G/1.6T 광 모듈의 포트 소비 전력은 데이터 센터 PUE의 중요한 병목 현상이 되었습니다. 기존의 완전한 DSP 기반 광 모듈(FRO – Fully Retimed Optics)은 성숙한 표준과 긴 전송 거리를 제공하지만, 단일 포트 소비 전력이 14~16W로 너무 높아 실현 가능성이 낮은 경우가 많습니다. 결과적으로 업계는 기존의 DSP 기반 선형 아키텍처에서 벗어나 LPO와 LRO/TRO라는 두 가지 주류 접근 방식으로 발전했습니다.

LPO(Linear Pluggable Optics)는 모듈 내의 DSP 칩을 완전히 제거합니다. TX 측은 선형 구동 직접 구동 레이저를 사용하며, RX 측은 TIA를 통과한 후 아날로그 신호를 호스트 ASIC으로 직접 보냅니다. 이후 등화, CDR, FEC 디코딩은 스위칭 SerDes 칩에 의해 수행되며, 이 설계는 "Zero Retimed" 아키텍처라고도 합니다. 이 방식의 장점은 상당합니다. OSFP-800G 포트의 경우 일반적인 소비 전력이 5~8W로 감소하여 50% 이상의 에너지 절감 효과를 나타내며, 내부 모듈 처리 지연 시간은 3ns 미만(광섬유 전파 지연 제외)이고, 이론적인 BOM 비용은 약 15~20% 절감됩니다. 그러나 이 접근 방식에는 상충 관계가 있습니다. 전송 거리가 제한적이며(싱글 모드 DR8의 경우 일반적인 범위는 ≤500m, 멀티 모드 시나리오에서는 약 100m), 호스트 SerDes의 성능과 채널 일관성에 크게 의존합니다. 시스템 디버깅이 복잡하고 상호 운용성 표준이 아직 확정 단계에 있으며, 단일 랙 내 또는 인접 랙 간의 초단거리 상호 연결에 적합합니다.

LRO(Linear Receive Optics)와 TRO(Transmit Retimed Optics)는 본질적으로 동일한 아키텍처 설계를 지칭하는 두 가지 다른 용어입니다. 전자는 RX 측에서 "선형(linear)"이라는 명칭을 따왔고, 후자는 TX 측에서 "재타이밍(retimed)"이라는 명칭을 따왔으며 HalfRetimed 아키텍처라고도 합니다. 이 아키텍처에서 TX 측은 신호 성형 및 재타이밍을 위해 DSP를 유지하는 반면, RX 측은 DSP를 제거하고 직접 신호 출력을 위해 선형 TIA를 사용합니다. 이 접근 방식은 송신 측 신호 품질과 수신 측 소비 전력 사이의 균형을 맞춥니다. OSFP로 캡슐화된 800G 모듈은 일반적으로 약 8~10W를 소비하며, 상용 양산 제품은 일반적으로 2km의 전송 거리를 지원하고 맞춤형 버전은 최대 5km까지 지원할 수 있습니다. 모듈의 내부 처리 지연 시간은 약 6ns(광섬유 전파 지연 제외)로, 중단거리 데이터 센터 상호 연결에 적합합니다. 차세대 1.6T 제품 반복에 대한 논의 중, 업계는 LRO/TRO가 성능 및 생태계 호환성 측면에서 더 뚜렷한 상충 이점을 제공하며 LPO보다 더 높은 배포 실현 가능성을 가질 것으로 널리 동의하고 있습니다.

그림 1: 광 모듈 아키텍처 진화 – FRO/LRO/TRO/LPO 신호 스트림 비교

표 1: 세 가지 광 모듈 아키텍처의 주요 매개변수 비교

비고:

1. 전력 소비량 및 지연 시간은 OSFP 800G DR8/2×FR4 모듈의 내부 참조 값이며, 광섬유 전송 지연 시간은 포함하지 않습니다. 패키지 유형, 광학 엔진 및 거리 사양에 따라 특정 매개변수가 다를 수 있습니다.
2. 표준 범위: LRO – 상업용 대량 생산 주력 모델은 2km 및 5km 맞춤형 옵션을 제공합니다. LPO ≤ 500m는 싱글 모드 DR8 사양이며, 멀티 모드 LPO 범위는 약 100m까지입니다. FRO – 사양에 따라 FR4 버전은 최대 2km를 지원하며, LR4 버전은 최대 10km를 지원합니다.

전반적으로 LPO는 극도의 전력 소비 및 낮은 지연 시간이 요구되는 AI 클러스터를 위해 설계되었으며, LRO/TRO는 성능과 전력 효율성의 균형을 통해 더 넓은 범위의 중단거리 시나리오를 제공합니다. 이러한 솔루션은 기존 FRO 기술을 대체하기보다는 보완합니다. 제품 선택의 주요 기준은 전송 거리, 호스트 SerDes 기능 및 생태계 성숙도입니다.

자주 묻는 질문:

Q1: LPO, LRO/TRO, 또는 기존 DSP 모듈 중에서 어떻게 선택해야 하나요?

A: 선택은 전송 거리와 호스트 칩의 성능에 따라 달라집니다. 500m 이하(단일 랙 내부 또는 인접 랙 간의 초단거리 상호 연결)의 거리에는 LPO를 선택하십시오. 이는 가장 낮은 소비 전력(5~8W)과 최소한의 내부 모듈 지연 시간을 제공합니다. 25km 중단거리 데이터 센터 상호 연결에는 소비 전력과 전송 거리의 균형을 맞춘 LRO/TRO를 선택하십시오. 5km를 초과하는 거리나 플러그 앤 플레이 기능 및 장거리 전송이 필요한 애플리케이션에는 기존 DSP 모듈을 사용하십시오. 또한 스위칭 칩의 SerDes가 선형 수신 모드를 지원하는지 확인하십시오. 표준 스위치 SerDes는 LPO/LRO 모드에서 직접 작동할 수 없습니다.

Q2: LPO에서 DSP가 제거됨에 따라 신호 품질과 비트 오류율은 어떻게 보장되나요?

A: LPO는 등화(CTLE/FFE/DFE), 클록 복구(CDR) 및 FEC 디코딩을 모듈에서 호스트 측 스위칭 칩의 SerDes 블록으로 이전합니다. 이는 호스트 SerDes 성능과 PCB 채널 일관성에 더 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 호스트 SerDes가 필요한 등화 성능과 PCB 채널 성능 사양을 충족하는 경우, 선형 방식을 통해 단거리 시나리오에서 낮은 링크 손실과 낮은 색분산을 구현하여 FEC 이전 비트 오류율 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

Q3: LRO와 TRO는 같은 것인가요? 왜 두 가지 다른 이름으로 불리나요?

A: 이는 동일한 아키텍처 접근 방식에 대한 두 가지 명명 규칙입니다. LRO(Linear Receive Optics)는 수신기 측 관점에서 명명되었으며, 이는 DSP 없이 RX 측에서 선형 처리를 수행함을 의미합니다. TRO(Transmit Retimed Optics)는 송신기 측 관점에서 명명되었으며, 이는 TX 측에서 DSP 기반 리타이밍을 유지함을 의미합니다. 두 용어 모두 TX 측은 DSP를 사용하고 RX 측은 선형 처리를 사용하는 반선형(HalfRetimed) 아키텍처를 지칭하며, 업계에서는 이 용어들이 종종 혼용됩니다.

Q4: LPO/LRO 모듈을 기존 DSP 모듈과 인터페이스할 수 있나요?

A: 광 계층 매개변수(파장, 전력, 변조 형식)가 일치하면 광 인터페이스를 물리적으로 연결할 수 있습니다. 그러나 LPO/LRO와 FRO 재동기화/신호 처리 아키텍처는 완전히 다르며, 현재 성숙한 상호 운용성 표준이 없기 때문에 대다수의 시나리오에서 직접적인 서비스 통합이 불가능합니다. 광범위한 공동 디버깅 후 일부 벤더별 맞춤형 버전만 통합할 수 있지만, 이는 범용적인 상호 운용성을 제공하지는 않습니다. 현재 OIF와 같은 기관에서 선형 광 모듈에 대한 상호 운용성 표준을 개발하기 위해 노력하고 있으며, 생태계는 여전히 성숙해가는 단계입니다.