AI 서버에 탑재된 마이크로LED 데이터 송신기
시뮬레이션 모델이 잠재적인 성능 향상 가능성에 대한 새로운 통찰을 제시한다.
AI 서버에 탑재된 마이크로LED 데이터 송신기
데이터 센터 인프라에 막대한 자금이 투입되고 있는 것은, 최첨단 모델을 훈련시키는 것은 물론 ChatGPT나 Claude와 같은 에이전트의 출력을 주도하는 추론 연산을 수행하는 데 필요한 AI 수요가 급증하고 있음을 반영합니다.
AI 데이터 센터는 프로세서와 메모리 장치의 네트워크로 구성됩니다. 현재 컴퓨팅 시스템을 연결하는 링크의 대부분은 백플레인과 케이블 형태의 구리선으로 이루어져 있습니다. 하지만 이제 데이터 센터는 서버 내부 및 서버 간 네트워크 대역폭을 대폭 늘려야 하는 과제에 직면해 있습니다.
기존의 기술적 대응 방안은 이러한 구리 기반 네트워크를 통해 신호를 전송하는 주파수를 높이는 것이었습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 점점 더 어려워지고 있습니다. 작동 주파수가 극한 수준까지 높아질수록 비트당 에너지 소비량, 발생 열량, 시스템 복잡성이 모두 증가하기 때문입니다. 따라서 업계는 대안적인 솔루션을 모색하고 있습니다.
이것이 바로 ams OSRAM이 AI 데이터 센터의 고대역폭 데이터 전송을 위해 마이크로LED 기반의 광학 솔루션을 개발하고 있는 이유입니다. 광 네트워킹에 대한 전통적인 접근 방식은 ‘빠르고 좁은(fast-and-narrow)’ 방식을 채택하여, 단일 케이블을 통해 매우 높은 주파수로 데이터를 전송함으로써 높은 대역폭을 달성합니다. ams OSRAM의 솔루션은 이와 다른 접근 방식을 취하며, 수백 또는 수천 개의 마이크로LED 방출기가 병렬로 작동하여 단일 고속·고출력 레이저 송신기를 대체하는 ‘느리고 넓은(slow-and-wide)’ 아키텍처를 사용합니다.
마이크로LED 어레이와 이를 구동 및 제어하는 기술은 이미 ams OSRAM의 자동차 조명용 EVIYOS™ 플랫폼에서 상용화되어 있습니다. 이는 당사가 고출력 마이크로LED 이미터와 디지털 제어 회로를 제조하고 공동 패키징하는 데 따르는 과제를 성공적으로 해결했음을 입증합니다.
그러나 데이터 통신에 사용되는 마이크로LED와 이를 구현하는 방식은 자동차 조명용과는 다릅니다. 또한 현재 마이크로LED를 통해 혁신을 꾀하려는 네트워크 장비 제조사들은 데이터 센터의 일반적인 작동 조건에서 이러한 시스템이 달성할 수 있는 성능 수준에 대한 실증 자료가 제한적입니다.
실제 환경에서 기술 시뮬레이션 모델의 성능
이제 ams OSRAM은 데이터 센터 업계가 이 신기술에 대해 요구하는 기술 사양을 충족할 수 있는 방법을 개발했습니다. 바로 실제 AI 데이터 흐름을 적용했을 때 마이크로LED 기반 통신 링크의 성능을 예측할 수 있는 시뮬레이션 모델을 구축한 것입니다.
ams OSRAM의 시스템 모델에는 시간 영역 및 주파수 영역 시뮬레이션은 물론 비트 오류율(BER) 시뮬레이션도 포함되어 있습니다. 이 모델은 마이크로LED, 포토다이오드, 렌즈, 신호가 통과하는 다양한 광섬유뿐만 아니라 송신 이퀄라이저, 드라이버, 수신 이퀄라이저, 증폭기 등, 즉 AI 서버의 광 데이터 링크 전기-광학 프런트 엔드의 핵심 요소들의 작동도 모델링합니다.
마이크로LED 기반 광 데이터 전송 시스템은 높은 밀도와 대역폭을 제공합니다.
부품 수준 모델은 측정된 마이크로LED 특성과 나머지 부품에 대한 물리 기반 거동 모델을 결합한 것으로, 이를 통해 마이크로LED 방사 프로파일, 포토다이오드 감도, 색분산 및 모드 분산과 같은 주요 전기적·광학적 매개변수를 고려할 수 있습니다. 그런 다음 시뮬레이션 모델은 비트 오류율, 비트당 에너지, 신호 대 잡음비(SNR)와 같은 핵심 성과 지표(KPI)에 대한 결과를 산출합니다.
이러한 각 KPI는 사용자가 지정한 작동 조건 및 부품 선택에 따라 계산될 수 있습니다. 광섬유의 길이나 사용된 광섬유 유형을 변경하면 모델이 KPI가 어떻게 변하는지 보여줍니다. 또한 이 모델을 통해 특정 비트 오류율 요구 사항에 맞게 모델이 최적화되었을 때 성능과 에너지 소비량이 어떻게 변하는지 확인할 수 있습니다.
반대의 경우도 마찬가지입니다. 이 모델을 사용하여 특정 시스템 요구 사항 조합에 최적화된 링크에서 필요한 구체적인 부품 사양을 도출할 수 있습니다.
현재 이 모델은 밀집 배열된 마이크로LED와 포토다이오드 간의 전기적 및 광학적 크로스톡은 물론, 패키징된 소자의 열적 거동까지 포함하도록 확장되고 있습니다.
이 시뮬레이션 모델은 신호 경로의 여러 지점에서 시스템 성능을 보여줍니다.
이는 네트워크 장비 제조업체와 같은 잠재적 파트너 및 고객에게 어떤 의미가 있을까요? 이제 이들은 마이크로LED 기반 데이터 상호 연결의 첫 번째 하드웨어 구현을 설계하고 제작하는 데 자금을 투입하기 전에, 시스템 링크에 대한 정확한 모델링을 활용할 수 있게 되었습니다.
이 시뮬레이션 모델을 통해 파트너사는 데이터 링크의 개별 구성 요소에 대한 요구 사항을 정확하게 정의하고, 필요한 구성 요소의 확보 및 시스템 설계가 실현 가능한지 여부를 파악할 수 있습니다.
잠재 고객 여러분께서는 시뮬레이션 모델에 대해 더 자세히 알아보고, 원하는 구성 매개변수를 사용하여 시뮬레이션을 실행해 보시려면 지금 바로 ams OSRAM에 문의해 주시기 바랍니다.