- 엔비디아(NVIDIA)의 광(옵틱스) 전략은 수직 통합과 빠른 시장 선점 전략을 기반으로 하며, 광학 공급망 전반에 걸친 전략적 투자로 이를 뒷받침
- 엔비디아는 퀀텀(Quantum), 스펙트럼(Spectrum), NV링크(NVLink) 스위치 등 전반에 동일한 광학 하드웨어를 전 제품군에 적용하는 ‘통합 포토닉스 전략’을 추진, 제조 비용 최소화
- 수직 통합 중심 전략을 취하면서도, 필요 시 OCI MSA와 같은 개방형 표준도 병행 지원
GTC 2025에서 엔비디아는 자사의 첫 CPO(Co-Packaged Optics) 기반 스위치를 공개했다. 이와 함께 퀀텀-X800 (Quantum-X800) InfiniBand 스위치와, 동일 아키텍처 기반의 이더넷 버전인 스펙트럼-X800(Spectrum-X800) 스위치를 선보였다. 이어 GTC 2026에서는 광 네트워킹으로의 전환 로드맵을 보다 구체적이고 확장된 형태로 제시했다.
블랙웰(Blackwell) 플랫폼
GB200 NVL72 시스템은 기본적으로 커넥트X-7(ConnectX-7) 기반 400G 또는 800G 플러그형 광 모듈을 사용하지만, 대규모 클러스터 환경에서는 CPO 기반 스위치로 구성할 수 있다.
한편 블랙웰 울트라(Blackwell Ultra) 기반 GB300 NVL72 랙에서는 퀀텀-X800과 스펙트럼-X800 CPO 스위치가 고효율 옵션으로 선호된다. 기존의 플러그형 OSFP 모듈도 여전히 사용 가능하지만, CPO 방식은 블랙웰 울트라 칩의 높은 전력 및 발열 요구를 대응하기 위한 ‘고성능 표준’으로 활용되고 있다. 광 부품을 스위치 ASIC에 더 가깝게 배치함으로써 구리나 기존 광 연결 대비 전력 소모와 신호 손실을 크게 줄일 수 있다. 단일 퀀텀-X800 또는 스펙트럼-X800 스위치는 최대 800Gb/s 포트 144개를 지원하며, 이를 통해 스위치 수와 홉 수를 줄인 보다 평탄한 네트워크 구성이 가능하다.
베라 루빈(Vera Rubin) 플랫폼
블랙웰 플랫폼과 달리, 베라 루빈 플랫폼은 NIC 단에서 기존 플러그형 트랜시버 대신 LPO(Linear Pluggable Optics)를 적용한다. 기존 플러그형 트랜시버는 NIC와 스케일아웃 스위치 간 신호 무결성을 유지하기 위해 DSP를 사용한다. 하지만 네트워크 속도가 1.6Tb/s로 확장되면서 전력 소모와 발열이 크게 증가하는 문제가 발생한다. LPO 기반 구조에서는 NIC와 스위치 내 DSP를 제거하면서도 신호 품질을 유지할 수 있다.
블랙웰과 베라 루빈 플랫폼 간 가장 큰 차이는 스케일업 영역에서 나타난다. 랙 내부에서는 베라 루빈 플랫폼 역시 기존 엔비디아 랙스케일 시스템과 동일하게 전면 구리(all-copper) 설계를 유지한다. 다만 여러 랙을 연결하는 스케일업 구조에서는, 엔비디아가 NVL576(8랙) 구성을 위해 CPO 기반 NV링크 스위치를 새롭게 도입하고 있다.
NV링크 스위치
엔비디아의 베라 루빈 플랫폼에 적용되는 NV링크 6 스위치는 기본적으로 전기식(all-electrical) 스위치 칩이다. 다만 실제 랙 내 구성 방식은 하드웨어 구성에 따라 달라진다. 이 스위치는 두 가지 형태로 구성된다
- 표준 NV링크 6 스위치 : 표준 베라 루빈 NVL72 랙에서는 NV링크 6 스위치가 완전 전기식으로 동작한다. 하나의 랙 내 72개 GPU를 연결하기 위해 대형 구리 미드플레인을 사용하며, 스위치 포트는 랙 내부 구리 백플레인에 직접 연결된다.
- CPO 적용 NV링크 6 스위치 : NVL576(8랙) 구성에서는 NV링크 스위치가 CPO를 적용한 형태로 동작한다. 이는 NV링크 6 스위치 트레이의 특수 버전으로, 마이크로 링 모듈레이터를 통해 전기 신호를 광 신호로 변환하고, 외부 레이저 모듈을 통해 인접 랙으로 광 신호를 전달한다. 다만 스위치의 핵심 구조는 여전히 전기 기반이며, 데이터 처리 역시 전기 영역에서 수행된다.
기존 네트워크에서는 OSFP 기반 커넥터를 사용한다. 하지만 Oberon(NVL576) 및 Kyber(NVL1152) 랙에서 사용되는 NV링크 6 스케일업 스위치는 OSFP-XD 커넥터를 적용한다. XD(Xtra Density)는 동일한 물리적 크기 내에서 전기 신호 라인 수를 두 배로 늘리는 기술로, 이를 통해 단일 포트에서 NV링크의 ‘공유 메모리’ 성능 구현에 필요한 1.6Tb/s~3.2Tb/s 대역폭을 처리할 수 있다. 표준 고속 플러그 대비 내부 핀 밀도는 2배 수준이다. 또한 기존 네트워크에서는 트랜시버 내부에 레이저와 DSP 칩이 포함되지만, 스케일업 NV링크 케이블은 선형 구조의 수동형 광섬유로 구성된다는 점에서 차이가 있다.
고밀도 광 리본(MPO/MTP)은 OSFP-XD 포트에 직접 연결된다. 이처럼 능동형 트랜시버 대신 수동형 플러그형 광섬유를 적용함으로써, 엔비디아는 데이터센터 주요 장애 원인 중 하나인 트랜시버 과열 문제를 제거하는 동시에 지연(latency)을 최소화하고 있다.
아래 그래픽은 엔비디아의 퀀텀-X800 Q3450-LD 포토닉스 스위치에 적용된 퀀텀-3 ASIC과 탈착형 광 서브어셈블리를 보여준다.
엔비디아의 퀀텀-X800 Q3450-LD 포토닉스 스위치에 사용된 퀀텀-3 ASIC
출처: 엔비디아
파인만(Feynman) 플랫폼
GTC 2026에서 엔비디아는 2028년 출시 예정인 파인만 아키텍처에 대해 처음으로 심층 기술 내용을 공개했다. 블랙웰과 루빈 이후 세대인 파인만은 ‘기가와트급’ AI 팩토리의 핵심 인프라로 설계됐다. 해당 아키텍처는 단순히 GPU를 연결하는 구조를 넘어, ‘시스템 오브 시스템’ 구조로 전환되며, 고도화된 3D 적층과 광 인터커넥트를 활용해 기존 구리 기반 연결의 물리적 한계를 극복하는 것이 특징이다.
스케일업을 위한 광 NV링크
파인만 플랫폼에서는 스케일업 구조가 기존 구리 기반 백플레인에서 네이티브 CPO 구조로 전환된다. 파인만 GPU는 실리콘 포토닉스를 GPU 패키지에 직접 통합하는 방향으로 설계되고 있다. 또한 엔비디아는 독립형 I/O 광 칩과, 레이저를 I/O 칩에 통합한 형태의 칩 개발도 병행하고 있다. 다만 초기 설계에서는 신뢰성과 유지보수 측면을 고려해, 내장형 레이저보다 외부 레이저 구조가 우선 적용될 가능성이 높다.
광 컴퓨팅 인터페이스 (OCI)
엔비디아는 GPU에 CPO 모듈을 연결하기 위해 광 컴퓨팅 인터페이스 표준을 적용할 것으로 예상된다. OCI MSA(Multi-Source Agreement)는 최근 발표된 광 인터커넥트 표준 중 하나이며, 엔비디아는 광 생태계 표준화를 위해 이 MSA의 창립 멤버로 참여하고 있다. 이를 통해 레이저, 광섬유, 실리콘 포토닉 커넥터 등 광 관련 모든 구성 요소를 멀티벤더 기반 표준 생태계로 통합하는 것을 목표로 한다.
OCI는 물리 계층과 전기 계층을 정의하며, 여기에는 전기적 서데스(SerDes) 인터페이스, 패키징, 핀 구성, 그리고 파장 분할 다중화(WDM) 기술이 포함된다. 특히 4파장(Gen1) 및 8파장(Gen2) 구성을 지원한다. 다만 논리 계층은 기존과 동일하게 엔비디아의 독자 NV링크 표준이 적용된다.
NV링크 스위치에 적용될 구체적인 기술 로드맵은 아직 명확하지 않다. 현재 엔비디아 로드맵을 보면 NV링크 8 역시 NV링크 6/7과 유사하게 CPO 기반 전기 패킷 스위치 구조를 유지할 가능성이 있다. 다만 향후 OCS(Optical Circuit Switching) 또는 유사 기술로 전환할 가능성도 배제할 수 없다. 엔비디아는 최근 OCS 기술에 강점을 가진 루멘텀(Lumentum)과 약 20억 달러 규모 계약을 체결했으며, 해당 기술은 구글(Google)의 팔로마(Palomar) 스케일업 네트워크에도 적용된 바 있다. 또 다른 시나리오는 하이브리드 전략으로, 스위치 내부에서는 전기 패킷 스위칭을 유지하면서 랙 간 데이터 전송에는 OCS를 적용하는 방식이다.
3.2T 스케일아웃 네트워킹
초기 파인만 랙은 1.6Tb/s 스위치를 사용하지만, 이후 버전에서는 차세대 스위치를 통해 3.2Tb/s 네트워크로 확장될 예정이다. 이를 통해 총 204.8Tb/s 수준의 대역폭이 제공된다. 베라 루빈과 마찬가지로, 스위치는 CPO에 최적화되어 플러그형 트랜시버에서 발생하는 전력 소모가 큰 ‘전기-광 변환’ 과정을 줄이는 방향으로 설계된다. 파인만 GPU는 포트당 1.6Tb/s를 지원하는 커넥트X-10(ConnectX-10) NIC와 연결되며, 이를 통해 3D 적층 컴퓨팅 엔진의 성능 요구를 충족할 수 있도록 네트워크 성능을 유지한다. 또한 블루필드(BlueField-5) DPU는 파인만 플랫폼에서 ‘데이터센터 OS’ 역할을 수행하며, 보안, 스토리지(CMX 플랫폼 기반), KV 캐시 관리 기능을 GPU에서 분리해 다른 장치로 넘겨 처리한다.
애널리스트 코멘트
엔비디아의 광 전략은 수직 통합과 빠른 시장 선점 전략을 기반으로 하며, 광학 공급망에 대한 전략적 투자로 이를 뒷받침하고 있다. 경쟁사들이 범용 광 부품 공급에 집중하는 것과 달리, 엔비디아는 AI 팩토리에 최적화된 독자적인 엔드투엔드 광 생태계를 구축하고 있다. 광 기술로의 전환은 점진적으로 진행될 전망이며, 블랙웰 울트라 랙에서는 스케일아웃 스위치에 CPO가 먼저 적용된다. 이후 베라 루빈 플랫폼에서는 NV링크 기반 CPO 스위치를 통해 576 GPU 규모의 멀티랙 구성을 지원하게 된다. 완전한 CPO 기반 GPU는 파인만 플랫폼에서 처음 도입될 예정이며, 궁극적으로는 1,152 GPU 규모의 올-옵티컬 인터커넥트 구조로 발전할 전망이다. 또한 엔비디아는 통합 포토닉스 전략을 채택해 퀀텀, 스펙트럼, NV링크 등 모든 제품군에서 동일한 광 하드웨어를 적용함으로써 제조 비용 절감을 추진하고 있다.
엔비디아는 GPU, NV링크 스위치, 소프트웨어, 광 엔진까지 전체 스택을 직접 통제하고 있으며, 자체 실리콘 포토닉스 기술을 적극 활용하고 있다. 동시에 OCI MSA와 같은 개방형 표준도 필요에 따라 수용함으로써 특정 공급업체에 대한 의존도를 낮추고 있다. 이를 통해 자체 광 엔진, 레이저 등 핵심 부품을 활용하거나, 공급 부족 시에는 OCI 호환 서드파티 부품을 유연하게 활용할 수 있는 구조를 확보하고 있다.
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