엔비디아와 TSMC, 차세대 공동 패키징 광학 스위치로 AI 데이터센터의 전력 장벽을 무너뜨리다

엔비디아가 대규모 AI 데이터센터의 성장을 가로막는 전력 및 신호 무결성 문제를 해결하기 위한 결정적 한 걸음을 내디뎠다. 2026년 6월 초, 엔비디아는 TSMC와의 협력을 통해 개발 및 제조한 차세대 스펙트럼-X CPO(공동 패키징 광학, Co-Packaged Optics) 스위치를 일부 파트너사에 출하하기 시작했다고 공식 발표했다 . 이 스위치는 TSMC의 COUPE(Compact Universal Photonic Engine) 실리콘 포토닉스 플랫폼을 기반으로 제작되었으며, 이는 광학 엔진과 스위치 실리콘을 단일 패키지로 통합하여 전력 효율성과 대역폭 밀도를 극적으로 향상시키는 기술이다.

엔비디아의 MRM이 TSMC의 COUPE를 만나다

이 파트너십의 중심에는 깊은 기술 협력이 자리 잡고 있다. 엔비디아는 마이크로 링 변조기(MRM, Micro Ring Modulator) 실리콘 포토닉스 엔진을 직접 설계했으며, 이는 광 상호 연결의 밀도를 재정의할 혁신이다 . 문제는 항상 정밀한 제조 제어와 열 민감도 완화, 그리고 일관된 고속 변조를 유지하면서 MRM을 대량 생산하는 것이었다. 엔비디아는 TSMC의 첨단 공정 엔지니어링과 협력하여 이러한 생산 규모의 난제들을 해결했다 .

TSMC는 COUPE(Compact Universal Photonic Engine) 라는 기초 패키징 플랫폼을 제공한다. 이 플랫폼은 TSMC의 가장 진보된 패키징 기술인 SoIC-X 하이브리드 본딩과 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 를 사용해 65나노미터 전자 집적 회로(EIC)와 광자 집적 회로(PIC)를 통합한다 . 그 결과는 세계 최초의 3D 적층 실리콘 포토닉스 엔진으로, 스펙트럼-X 스위치 ASIC 바로 옆 단일 패키지 내에 배치된다 .

TSMC는 2026년 4월에 COUPE 플랫폼의 대량 생산을 시작했으며, 이는 선도적인 파운드리 업체가 AI 데이터센터 용도로 실리콘 포토닉스를 대규모로 제조한 첫 사례다 .

공동 패키징 광학(CPO)의 작동 원리와 중요성

기존 네트워크 스위치는 전면 패널에 삽입되는 착탈식 광 트랜시버(플러거블 옵틱)를 사용한다. 데이터는 전기 신호의 형태로 스위치 ASIC에서 출발해 인쇄 회로 기판(PCB)을 가로질러 별도의 트랜시버로 이동한 후에야 빛으로 변환된다. 이 경로는 약 22dB에 달하는 상당한 신호 손실을 초래하며, 전력을 많이 소모하는 등화 회로가 필요하게 만들어 상당한 열을 발생시킨다 .

공동 패키징 광학은 이 문제를 제거한다. 광학 엔진을 스위치 ASIC과 동일한 패키지 내에 배치함으로써 전기적 경로를 기판 수준으로 단축한다. 빛은 광섬유를 통해 패키지로 직접 들어와 최소한의 전기적 이동만으로 변환된다. 그 이점은 다음과 같이 극명하다.

• 신호 손실이 약 22dB에서 약 4dB로 감소 .
• 1.6Tb/s 포트당 전력 소비가 기존 플러거블 광학의 약 30와트 대비 9와트로 감소 .

이는 단순한 소폭 개선이 아니다. 엔비디아와 TSMC의 접근 방식은 기존 상호 연결 방식 대비 포트당 3.5배에서 5배의 전력 절감 효과를 제공한다 . 수십만 개의 GPU를 갖춘 현대적 AI 팩토리라는 거대한 규모에서, 이러한 절감은 메가와트 단위의 전력을 되찾고 훨씬 더 탄력적이고 낮은 온도로 작동하는 네트워크 구조를 의미한다.

스펙트럼-X 포토닉스: 성능과 확장성

새로운 스펙트럼-X 포토닉스 제품군은 성능의 경계를 한층 밀어 올린다. SN6800 모델은 단일 스위치에서 최대 409.6Tb/s의 총 대역폭을 제공하며, 이는 512개의 800Gb/s 포트(또는 200Gb/s에서 최대 2,048 포트까지 확장 가능한 고밀도 구성)를 통해 달성된다 . 보다 소형화된 버전인 SN6810은 128개의 800Gb/s 포트를 통해 102.4Tb/s를 제공한다 .

이 스위치들은 액체 냉각 방식으로 설계되었으며, 하이퍼스케일러와 대기업들이 생성형 AI 모델을 학습시키고 실행하기 위해 구축 중인 이더넷 기반 AI 인프라를 위해 설계되었다. 엔비디아는 스펙트럼-X 포토닉스를 거대한 단일 건물 규모의 “AI 팩토리” 전반에 걸쳐 수백만 개 이상의 GPU 클러스터를 연결하기 위한 필수 인프라로 포지셔닝하고 있다 .

출하 및 가용성

이 기술은 발표 단계를 넘어 실제 출하 단계로 전환되었다. 엔비디아의 네트워킹 담당 수석 부사장 길라드 샤이너(Gilad Shainer)는 GTC 타이완 행사에서 2026년 6월 초를 기점으로 일부 파트너사에 스펙트럼-X CPO 스위치를 공식적으로 공급하기 시작했다고 확인했다 . 동일한 기본 CPO 기술을 사용하는 초기 모델인 퀀텀-X 인피니밴드 포토닉스 스위치는 이미 2026년 초에 출하를 시작한 바 있다 .

주요 인프라 및 시스템 벤더를 통한 스펙트럼-X 포토닉스 이더넷 스위치의 광범위한 상용화는 2026년 하반기 중에 이루어질 예정이며, 이는 이 실리콘 포토닉스 기술의 대규모 상업적 출시를 의미한다 .

엔비디아의 설계와 TSMC의 제조 협업은 실리콘 포토닉스를 연구실에서 출하 가능한 제품으로 끌어올렸으며, '전력의 벽(Power Wall)'에 부딪히지 않고 AI를 지속적으로 확장할 수 있는 실질적인 경로를 제시하고 있다.