OCP EMEA 2025: FiberMall, 침지 냉각 시스템을 탑재한 800G 플러그형 광 모듈 시연

2025 년 5 월 22 일

캐서린

광통신 엔지니어

기존의 플러그형 광 모듈은 전기 신호와 광 신호 모두에 대해 완전한 디지털 이퀄라이제이션을 수행하는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 통합합니다. 이러한 DSP는 전력 소모가 많아 전체 전력 소비량의 40% 이상을 차지하기 때문에, 800G 이상의 트랜시버에서는 DSP를 완전히 제거하여 전력 사용량을 줄이려는 노력이 있어 왔습니다. 선형 플러그형 광(LPO) 방식은 DSP를 제거하여 상당한 에너지 절감 효과를 제공하며, DSP 기능의 일부만 유지하는 선형 하이브리드 플러그형 광(LRO) 설계 또한 상당한 전력 절감 효과를 제공합니다. 이러한 개선은 AI 및 머신 러닝 애플리케이션의 핵심 동력이 될 것으로 예상됩니다.

LPO 모듈에서 DSP를 제거하면 전력 소비가 감소할 뿐만 아니라 리타이밍 기능도 제거됩니다. 가장 눈에 띄는 이점 중 하나는 지연 시간 감소인데, 이는 특히 인공지능 애플리케이션에 유용합니다. 또한, 부품 수가 줄어들어 전체 모듈 비용도 절감됩니다.

또 다른 주요 이점은 향상된 신뢰성입니다. DSP는 모듈 내 다른 구성 요소의 작동 온도를 상승시키는 경향이 있어 신뢰성과 성능 모두에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 반면, 활성 회로 수가 적은 LPO 모듈은 더 낮은 온도에서 작동합니다. MTBF(평균 고장 간격) 관점에서 볼 때, LPO 모듈의 신뢰성과 성능은 DSP가 장착된 모듈보다 최대 64배까지 향상될 수 있습니다. 예를 들어, 800G DR8 구성을 사용하는 스위치의 XNUMX개 포트에서 수행된 테스트 데이터는 선형 LPO 광 모듈을 사용하더라도 비트 오류율(BER) 성능이 매우 우수함을 보여줍니다.

800G 2*FR4 LPO 광 모듈의 경우, 데이터 볼륨은 작지만 짧은, 중간, 긴 채널에서 매우 우수한 BER 성능을 유지하면서 최대 2km의 전송 거리를 달성할 수 있습니다.

LPO 광 모듈을 사용하면 전체 시스템 전력 절감에 기여합니다. 예를 들어, 기존 800G DSP 광 모듈과 비교했을 때 51.2T LPO 스위치 테스트 결과 700W(40%)의 전력 절감 효과가 나타났으며, 102.4T LPO 스위치도 40%의 전력 절감 효과를 기대할 수 있습니다. 이는 약 1000W 절감에 해당합니다. 이 전력 소비량 수치는 Silicon Photonics에서 제공했습니다.

FiberMall은 800G DR8 및 800G 2*FR4 구성 모두에서 LPO, LRO, DSP의 세 가지 모듈 유형의 전력 소비량을 비교했습니다. DSP 모듈은 각각 17.5pj/bit와 17.1pj/bit를 소비합니다. 반면 LPO 모듈의 에너지 소비량은 각각 9pj/bit와 9.7pj/bit로 에너지 효율이 약 50% 향상되었습니다. 중간 설계에 해당하는 LRO 모듈은 각각 11.3pj/bit와 11.9pj/bit를 소비합니다.

스위치 내 64개의 광 모듈을 모두 동시에 작동시키는 테스트에서 전력 소비 감소에 대한 추가적인 증거가 얻어졌습니다. 동일한 조건에서 다양한 팬 속도(50%, 75%, 100%)로 온도와 전력 소비를 측정했습니다. DSP 부품을 장착한 스위치는 2000°C 부근의 작동 온도에서 약 56W의 전체 전력 소비를 보인 반면, LPO 부품을 사용한 스위치는 약 1600°C의 온도에서 약 48W의 전력을 소비했습니다. 또한, LPO 모듈의 평균 온도는 DSP 모듈보다 약 15°C 낮았는데, 이는 LPO 모듈이 냉각 전력 소모량이 적음을 나타냅니다.

FiberMall은 또한 다양한 냉각 방식을 비교했습니다. 공랭식과 비교했을 때, 2단계 침지 냉각은 전력 사용 효율(PUE)이 현저히 향상되어 에너지 효율이 향상되었습니다. 따라서 침지 냉각과 호환되도록 설계된 트랜시버를 사용하여 테스트를 수행했습니다.

OFC2025에서는 루프백 링크로 구성된 Celestica DS5000 스위치를 사용하여 다양한 네트워크 시나리오를 구축하는 실험을 수행했습니다. 한 이미지에서 물탱크 상단에는 왼쪽부터 오른쪽으로 LPO, LRO, DSP의 세 가지 모듈이 표시되어 있습니다.

모듈 간 침지 냉각 효과를 추가로 비교한 결과, 끓는점이 50°C인 냉각액이 DSP 모듈의 온도를 50°C에 근접하게 만드는 것으로 나타났습니다. 이러한 온도 상승은 DSP 트랜시버 표면에 눈에 띄는 기포를 발생시킵니다. 이러한 결과는 많은 광 커넥터 제품의 높은 설계 품질을 보여줍니다. 통합업체나 고객은 특정 냉각액에 맞는 광섬유 점퍼만 맞춤 설계하면 됩니다. 이 점퍼는 충분한 스프링 장력을 유지하면서도 액체가 트랜시버 내부로 유입되는 것을 방지합니다. 세 모듈 간의 온도 차이는 미미하지만, DSP 모듈의 오류율이 높아지는 경향이 있습니다. 특히, 모듈 수준의 성능 시연은 트랜시버 제조업체에서 수행되었습니다.

결론적으로, 트랜시버에서 DSP를 제거하는 선형 플러그형 광(LPO) 모듈은 기존 DSP 기반 모듈에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다. 이러한 장점에는 모듈 및 시스템 수준 모두에서 전력 소비 감소, 지연 시간 단축, 비용 절감, 그리고 향상된 신뢰성이 포함됩니다. FiberMall에서 액침 냉각 방식을 적용한 800G 플러그형 광 모듈을 시연하여 에너지 효율이 크게 향상되었음을 보여주었습니다. 그러나 지금까지 시스템 수준의 상호 운용성은 제한적이었기 때문에 액침 냉각 방식 광 모듈에 대한 추가 연구 및 발전이 필요함을 시사합니다.