CPO란? AI 반도체 시대 Co-Packaged Optics가 중요한 이유

AI 데이터센터에서 Optical Fiber를 사용한다고 해서 Network의 전력과 Signal Integrity 문제가 모두 해결되는 것은 아닙니다. Switch와 Switch 사이의 긴 거리는 Fiber로 연결할 수 있지만, Switch ASIC에서 Front-panel Optical Transceiver까지는 여전히 매우 빠른 Electrical Signal이 PCB를 따라 이동해야 합니다. Network가 800G에서 1.6T로 올라갈수록 이 짧은 Electrical 구간이 오히려 새로운 병목이 됩니다.

CPO(Co-Packaged Optics): Switch ASIC이나 XPU와 Optical Engine을 동일한 Package 또는 매우 가까운 위치에 배치해 Electrical Signal이 이동해야 하는 거리를 줄이고, Data를 더 빨리 Optical Signal로 변환하는 Packaging Architecture입니다.

CPO의 핵심은 광통신이라는 사실보다 Optical Conversion Point를 어디에 두느냐에 있습니다. 기존 Pluggable Optics가 Board 끝에서 Data를 빛으로 바꾼다면 CPO는 ASIC 바로 옆에서 바꿉니다. 이 차이가 102.4Tbps급 AI Switch와 1.6T Link에서 매우 큰 전력과 설계 차이를 만들 수 있습니다.

Pluggable Optics와 CPO는 무엇이 다를까요?

구분	Pluggable Optics	CPO
Optical Engine 위치	Switch Front-panel Module	ASIC Package 가까이
ASIC와 Optics 사이	비교적 긴 Electrical PCB Channel	매우 짧은 Electrical Channel
Serviceability	Module 단위 교체가 쉬움	Package·System 수준 설계 중요
Bandwidth Density	Front-panel 공간과 Thermal 제약	높은 Density 구현에 유리
Power	High-speed DSP와 Electrical Reach 부담	Electrical Reach 축소로 절감 가능
주요 과제	Module Power·Thermal	Packaging, Yield, Laser, Repairability

Pluggable Optics는 매우 성공적인 Architecture입니다. Module에 문제가 생기면 해당 Module만 교체할 수 있고, QSFP나 OSFP 같은 표준 Form Factor를 이용해 Multi-vendor 생태계를 구축하기 쉽습니다. 따라서 CPO가 등장했다고 Pluggable이 곧바로 사라지는 것은 아닙니다.

CPO가 필요한 이유는 Switch Bandwidth가 Pluggable Architecture가 감당해야 하는 Electrical I/O 부담을 빠르게 키우고 있기 때문입니다.

Switch가 빨라질수록 왜 Board가 문제가 될까요?

Switch ASIC이 51.2Tbps라면 외부로 총 51.2Tbps의 Traffic을 내보내야 합니다. 102.4Tbps로 올라가면 이 숫자가 두 배가 됩니다. 실제 System에서는 수백 개의 SerDes Lane이 ASIC Package에서 나와 PCB, Connector, Cage, Optical Module까지 이동합니다.

Data Rate가 100G-class에서 200G-class SerDes로 올라가면 Channel Loss Budget은 더 빡빡해집니다. PCB Material을 고급화하고 Trace 길이를 줄이며 Equalization을 강화해야 합니다. 때로는 Retimer가 필요하고 Optical Module 내부 DSP도 더 많은 전력을 사용합니다.

즉 Link Speed를 높이는 데 성공해도 그 신호를 Board 끝까지 전달하는 비용과 전력이 커집니다. CPO는 이 문제를 Board Design의 개선만으로 버티는 대신 Optical Conversion 위치 자체를 바꾸는 접근입니다.

CPO에서는 Data가 어떻게 이동할까요?

Switch ASIC에서 나온 고속 Electrical Signal은 Package 가까이에 배치된 Optical Engine으로 짧은 거리만 이동합니다. Optical Engine은 Modulator를 통해 Laser Light에 Data를 실어 Fiber로 보내고, 반대편에서는 Optical Signal을 Electrical로 변환합니다.

이때 가장 중요한 변화는 수십 cm의 고속 PCB Channel을 줄일 수 있다는 것입니다. Electrical Signal이 이동하는 구간이 짧아지면 Equalization과 Retiming 부담을 줄일 수 있고, 그 결과 Power per Bit를 낮출 가능성이 생깁니다.

CPO가 Silicon Photonics와 밀접한 이유도 여기 있습니다. Optical Engine을 Switch Package 주변에 배치하려면 높은 Bandwidth를 작은 Area에 집적해야 하고, Silicon Photonics는 Waveguide, Modulator, Detector를 PIC로 집적하는 데 적합합니다.

왜 1.6T 시대에 더 중요해질까요?

1.6T Ethernet Port는 기존 400G나 800G보다 훨씬 많은 Data를 같은 Front-panel 공간에서 처리해야 합니다. 200G-class Electrical Lane과 Optical Lane이 본격화되면 Host ASIC, PCB, Module 모두 더 높은 Signal Integrity를 요구합니다.

Switch 한 대가 102.4Tbps를 처리하고 수십 개의 1.6T Port를 제공하게 되면 Optical Module만 소비하는 전력도 큰 숫자가 됩니다. AI Cluster 수천 대의 Switch로 확대하면 Port당 몇 W 차이도 Data Center 전체에서는 매우 큰 전력차이가 됩니다.

그래서 CPO의 경제성은 단순히 “광모듈이 더 빠르다”가 아니라 AI Factory의 Network Power Budget과 Rack Density를 얼마나 개선할 수 있는가로 평가해야 합니다.

2026년에는 CPO가 Production 단계로 이동하고 있습니다

NVIDIA는 Vera Rubin Platform과 함께 Spectrum-X Ethernet Photonics를 Production에 올렸습니다. NVIDIA가 강조하는 것은 단순 Optical Bandwidth가 아니라 Switch와 Silicon Photonics를 Co-package해 Power Efficiency와 Link Reliability를 높이는 것입니다.

Broadcom은 Tomahawk 6-Davisson을 통해 102.4Tbps Switching Capacity와 CPO를 결합하고 있습니다. Broadcom의 경우 이미 여러 세대의 CPO를 개발해왔고, Switch ASIC과 SerDes, Optical Engine을 한 Roadmap 안에서 움직인다는 점이 중요합니다.

이 변화는 CPO가 단순한 Conference Demo를 넘어 실제 AI Networking Platform의 선택지로 올라오고 있다는 의미입니다. 다만 모든 Switch가 CPO로 바뀌었다는 뜻은 아니며, 2026년은 대규모 상용화가 본격적으로 검증되는 초기 단계로 보는 편이 정확합니다.

CPO에서 Laser는 어디에 둘까요?

Laser는 CPO Architecture에서 중요한 설계변수입니다. Optical Engine과 Laser를 모두 Package 가까이에 두면 Integration은 단순해 보이지만, Switch ASIC 주변의 높은 온도와 Laser Reliability가 문제가 될 수 있습니다.

그래서 External Laser Source를 사용해 Laser를 더 교체하기 쉬운 위치에 두고, Fiber를 통해 Optical Engine에 Light를 공급하는 방식도 사용됩니다. 이 경우 Optical Engine이 고장 났는지 Laser가 고장 났는지 Failure Domain을 분리할 수 있고 Thermal 부담도 줄일 수 있습니다.

반면 External Laser는 추가 Connector와 Fiber Routing, Optical Coupling이 필요합니다. 결국 CPO는 Optical Chip 하나의 기술이 아니라 Laser Placement부터 Field Service까지 포함한 System Architecture입니다.

Packaging Yield가 중요한 이유

고가의 102.4Tbps Switch ASIC과 여러 Optical Engine을 하나의 Package에 묶는다고 생각해보겠습니다. Switch ASIC은 정상인데 Optical Engine 하나가 불량이라면 Package 전체의 Yield와 Cost가 영향을 받을 수 있습니다.

그래서 CPO에서는 Known-good-die와 Wafer-level Test가 중요합니다. 각 Optical Engine과 Electrical Die를 Package에 붙이기 전에 최대한 검증하고, Assembly 이후에도 Lane별 Diagnostics와 Redundancy를 확보해야 합니다.

Silicon Photonics의 Wafer-level Test, Automated Fiber Attachment, External Laser Module 같은 기술이 중요해지는 이유도 결국 CPO를 대량생산 가능한 Semiconductor Product로 만들기 위해서입니다.

Serviceability는 Pluggable이 가진 강력한 장점입니다

CPO의 가장 큰 반론 중 하나는 고장 났을 때 어떻게 교체하느냐는 문제입니다. Pluggable Module은 Front-panel에서 빼고 새 Module을 꽂으면 됩니다. 반면 CPO는 Optics가 Switch ASIC과 가까이 묶여 있으므로 Failure가 발생했을 때 교체단위가 커질 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Optical Engine의 Reliability를 높이고, Laser를 External Module로 분리하며, Connector와 Fiber를 Field Replaceable하게 만드는 여러 방식이 연구되고 있습니다.

결국 CPO가 Pluggable보다 낮은 Power를 제공하더라도 Failure Rate와 Repair Cost가 높다면 TCO 측면에서 불리할 수 있습니다. 따라서 Hyperscaler는 Benchmark뿐 아니라 수년간 운영했을 때의 Uptime과 Maintenance Cost를 함께 봅니다.

Thermal Management도 CPO의 핵심입니다

AI Switch ASIC은 자체적으로 많은 열을 발생시킵니다. Optical Engine은 바로 그 Hotspot 가까이에 배치됩니다. Optical Component는 Temperature에 따라 Laser Wavelength, Modulator 특성, Receiver Sensitivity가 달라질 수 있기 때문에 Thermal Design이 중요합니다.

즉 CPO는 Electrical Channel Power를 줄이는 대신 Packaging과 Thermal Engineering 난도를 높이는 Trade-off를 갖습니다. 그래서 Advanced Packaging, Heat Spreader, Liquid Cooling, Optical Thermal Control 같은 주변기술까지 함께 발전해야 합니다.

CPO와 LPO는 같은 문제를 다른 방식으로 해결합니다

LPO(Linear Pluggable Optics): Pluggable Form Factor를 유지하면서 Module 내부의 Full DSP를 제거하거나 줄이고 Host ASIC의 Signal Processing 능력을 활용해 Power와 Latency를 낮추려는 Optical Architecture입니다.

CPO는 Optical Engine을 ASIC 가까이 이동시키고, LPO는 Optical Module 위치는 유지하되 Module 내부 Signal Processing을 단순화합니다. 둘 다 Optical Power를 줄이려 하지만 접근방식이 다릅니다.

LPO는 Pluggable의 Serviceability와 기존 운영방식을 유지할 수 있다는 장점이 있지만 Host-to-module Electrical Channel Quality에 민감합니다. CPO는 Electrical Reach를 더 근본적으로 줄일 수 있지만 Packaging과 Repairability가 어렵습니다.

따라서 시장은 하나가 다른 하나를 완전히 없애기보다 Distance, Port Speed, Reliability, Cost에 따라 Retimed Pluggable, LPO, CPO가 공존할 가능성이 높습니다.

CPO는 Switch에서 끝나지 않을 수 있습니다

현재 CPO의 가장 직접적인 적용처는 Ethernet과 InfiniBand Switch입니다. 하지만 장기적으로는 Custom AI Accelerator와 GPU에도 Optical Engine을 Package 가까이 붙이는 Architecture가 등장할 수 있습니다.

Marvell은 Custom XPU에 CPO를 통합해 Rack Scale을 넘어 Accelerator Domain을 확장하는 방향을 제시하고 있고, Intel과 여러 Optical I/O 업체들도 Compute Package 자체를 Optical로 연결하려 합니다.

이 단계가 본격화되면 CPO의 의미는 “Switch용 저전력 Optics”를 넘어 Compute와 Network의 물리적 경계를 바꾸는 Packaging Technology로 확대됩니다.

TSMC가 CPO에 들어오는 이유

CPO가 규모의 산업이 되려면 Optical 전문업체만으로는 부족합니다. 대형 Logic Die와 Photonic Die를 정밀하게 결합하고 대량생산해야 하기 때문에 Foundry와 Advanced Packaging이 중요합니다.

TSMC는 COUPE(Compact Universal Photonic Engine)를 통해 Silicon Photonics와 Electrical IC를 3D Integration하고 이를 HPC Logic과 Co-package하는 방향을 개발하고 있습니다. HBM 시대에 CoWoS가 GPU와 HBM을 묶는 핵심 Platform이 된 것처럼, Optical I/O 시대에는 Photonic Integration이 Foundry의 새로운 Packaging Capability가 될 수 있습니다.

이 점은 투자 관점에서도 중요합니다. CPO가 성장하면 Optical Component 업체만 수혜를 받는 것이 아니라 Foundry와 Advanced Packaging의 Wafer·Package Content도 증가할 가능성이 있기 때문입니다.

주요 기업의 위치는 어떻게 다를까요?

NVIDIA: Spectrum-X와 Quantum-X를 통해 CPO를 GPU Network Platform에 직접 통합합니다. NVIDIA에게 CPO는 독립적인 Optical Product라기보다 AI Factory Vertical Integration을 강화하는 수단입니다.

Broadcom: Tomahawk Switch ASIC, SerDes, Optical DSP, Silicon Photonics를 함께 보유해 CPO Value Chain의 여러 Layer에 참여할 수 있습니다. AI Ethernet이 Open Merchant Silicon 중심으로 성장할수록 CPO Switch 기회가 커질 수 있습니다.

Marvell: Optical DSP, Silicon Photonics, Custom XPU와 CXL·PCIe Connectivity를 함께 보유하고 있습니다. Switch뿐 아니라 Custom Accelerator의 Optical I/O까지 시장을 확장할 가능성이 있습니다.

TSMC: Logic과 Photonic Engine을 통합하는 Foundry·Packaging Layer에서 기회를 노립니다. CPO가 보편화될수록 Photonic Packaging도 HBM Packaging처럼 Foundry 차별화 요소가 될 수 있습니다.

투자 관점에서 봐야 할 신호

첫 번째는 실제 CPO Port 출하량입니다. “CPO 지원”이나 Demo보다 Hyperscaler의 Production Deployment가 얼마나 늘어나는지가 중요합니다.

두 번째는 Power per 1.6T Port입니다. CPO가 Pluggable 대비 의미 있는 전력절감을 지속적으로 보여줘야 Packaging Complexity를 상쇄할 수 있습니다.

세 번째는 Link Reliability와 Uptime입니다. AI Cluster에서는 Link Flap 하나가 Collective Communication과 GPU Utilization에 영향을 줄 수 있기 때문에 CPO가 단순히 저전력일 뿐 아니라 운영 안정성을 증명해야 합니다.

네 번째는 Optical Engine Yield와 Serviceability입니다. Optical Engine 불량이 Switch System 전체의 Cost를 크게 높이지 않아야 대량 Adoption이 가능합니다.

다섯 번째는 CPO가 Switch를 넘어 XPU로 확대되는지입니다. 이 단계에 들어가면 CPO 시장의 범위가 크게 넓어질 수 있습니다.

핵심 정리

질문	답
CPO란?	Optical Engine을 Switch ASIC이나 XPU Package 가까이에 배치하는 Architecture입니다
왜 필요한가?	800G·1.6T에서 ASIC과 Front-panel Optics 사이 Electrical Reach의 Power와 Signal Integrity 부담이 커지기 때문입니다
Silicon Photonics와 같은가?	아닙니다. Silicon Photonics는 CPO를 구현하는 핵심 기반기술 중 하나입니다
Pluggable을 대체하나?	일부 High-bandwidth 영역에서 확대될 수 있지만 Serviceability 때문에 장기간 공존할 가능성이 높습니다
가장 큰 장점은?	Electrical Reach 축소에 따른 Power Efficiency와 Bandwidth Density입니다
가장 큰 리스크는?	Packaging Yield, Thermal, Laser, Repairability와 Cost입니다
투자포인트는?	Production Volume, 1.6T Port, Reliability, Photonic Packaging, XPU Optical I/O 확대입니다

CPO의 본질은 Optical Module을 Switch 안으로 옮기는 데 있지 않습니다. AI Network의 Bandwidth가 너무 커져 Electrical I/O 자체가 System Power와 Reliability의 병목이 되자, Optics를 Compute Silicon 쪽으로 끌어당기는 Architecture 변화입니다.

그래서 CPO를 이해하면 Silicon Photonics, 1.6T Optics, Advanced Packaging, Switch ASIC이 왜 하나의 산업흐름으로 연결되는지 보입니다. 앞으로 CPO가 AI Switch의 일부 영역에서 경제성을 증명한다면 다음 단계는 더 직접적인 Optical I/O가 될 가능성이 높습니다.