CPO(Co-Packaged Optics) 완전 분석 — AI 데이터센터의 다음 병목을 해결하는 기술
GPU는 충분하다. 이제 문제는 GPU 사이의 연결이다 — 젠슨 황이 두 번의 키노트에서 직접 강조한 CPO가 왜 필수이고, 누가 수혜를 보는지 분석합니다.
📌 한줄 요약
AI 데이터센터가 기가와트급으로 커지면서, 데이터 이동에 쓰이는 에너지가 전체의 60%를 차지합니다. CPO는 광학 엔진을 칩 패키지 안에 직접 통합해 전력을 3.5배 절감하고 신호 손실을 획기적으로 줄입니다. NVIDIA와 Broadcom이 2026년 상용 제품을 출하하며, 수혜 기업은 Lumentum, Tower Semiconductor, Broadcom, TSMC 등입니다.
🎤 젠슨 황이 무대에서 직접 꺼낸 기술
젠슨 황은 GTC 2025 키노트에서 실리콘 포토닉스 기반 CPO 스위치를 공개하며 이렇게 말했습니다:
"수십만 GPU를 스케일아웃하는 데 있어 가장 큰 과제는 연결입니다. 데이터센터가 이제 경기장 크기가 되었으니, 새로운 무언가가 필요합니다 — 바로 실리콘 포토닉스입니다."
황 CEO는 기존 플러거블 방식으로 GPU 100만 대를 연결하면 트랜시버만 600만 개, 전력만 180MW가 필요하다는 수치를 제시했습니다. 그는 CPO를 **"정말 미친(really crazy, crazy technology)"**이라고 표현했습니다.
한 달 전 CES 2026에서 황 CEO는 차세대 Rubin 플랫폼을 공개하면서, 핵심 네트워킹 구성요소로 Spectrum-X Ethernet Photonics를 정식 포함시켰습니다. CPO는 더 이상 로드맵 위의 미래 기술이 아니라, 2026년 출하 예정인 Rubin 생태계의 핵심 부품으로 확정된 셈입니다.
젠슨 황이 두 번의 대형 키노트에서 연속으로 강조한 기술 — 그것이 바로 CPO입니다.
💡 CPO란?
Co-Packaged Optics(공동 패키징 광학) — 광학 트랜시버를 네트워크 스위치 칩 패키지 안에 직접 통합하는 기술입니다.
🔌 쉬운 비유: 기존 방식은 집(칩)에서 나와서 긴 복도(전기 배선)를 걸어 차고(외부 트랜시버)에서 차(광신호)를 탑승하는 것. CPO는 집 안에 차고가 붙어있어서 바로 차(광신호)를 탑승. 복도가 길수록 에너지 낭비·신호 손실·고장 위험이 올라가는데, CPO는 그 복도를 없앤 것입니다.
핵심 원리:
- 광학 엔진(트랜시버)을 스위치 ASIC 패키지 안에 직접 통합
- 전기 신호 → 광신호 변환을 칩 바로 옆에서 수행
- 전기 경로를 인치(inch) 단위에서 밀리미터(mm) 단위로 축소
- 기존 플러거블(탈착식) 트랜시버 모듈을 대체
🏭 왜 지금 CPO인가?
세 가지 벽이 동시에 부딪히고 있습니다.
AI 데이터센터 전력 수요가 2027년까지 50% 증가 전망(Goldman Sachs). 데이터센터 에너지의 약 60%가 데이터 이동에 사용됩니다 — 연산이 아니라 GPU 간 통신에 에너지가 더 많이 쓰이는 셈입니다. 플러거블 트랜시버는 포트당 30W를 소비하는데, GPU 100만 대 클러스터에서 이 전력은 감당 불가 수준입니다.
SerDes 속도가 올라가도 구리 배선의 삽입 손실(insertion loss)은 주파수와 거리에 따라 비선형적으로 증가합니다. 이퀄라이저와 리타이머로 보정 가능하지만, 그만큼 전력 소비가 급증합니다. 100 Tb/s 이상의 노드 간 통신에서 구리의 물리적 한계가 드러나고 있습니다.
AI 팩토리에서 GPU 수천 대가 하나의 작업을 수행하려면, 모든 GPU가 초저지연으로 연결되어야 합니다. 기존 ToR(Top-of-Rack) 짧은 구리선이 아닌, 열(row) 끝까지 긴 거리를 연결해야 합니다. 거리가 늘어나면 지연, 에너지/비트, 신호 무결성이 급격히 나빠집니다.
"AI 팩토리는 극한의 스케일을 가진 새로운 등급의 데이터센터다. 네트워킹 인프라가 근본적으로 재발명되어야 한다." — 젠슨 황
⚔️ 플러거블 vs CPO
| 항목 | 🔌 기존 플러거블 | 💡 CPO |
|---|---|---|
| 전기 손실 | 22 dB | 4 dB |
| 포트당 전력 | 30W | 9W |
| 에너지 효율 | 15 pJ/bit | 5 pJ/bit → <1 목표 |
| 비트당 비용 | 기준 | 40% 절감 (Broadcom) |
| 부품 수 | 많음 (고장점 多) | 대폭 감소 |
| 교체 방식 | 모듈 핫스왑 ✅ | 패키지 전체 ❌ |
핵심 수치:
- 3.5배 전력 효율 향상 (30W → 9W/포트)
- 5.5배 신호 손실 감소 (22dB → 4dB)
- 3배 에너지 효율 (15 → 5 pJ/bit)
- 4배 적은 레이저 필요
🖥️ NVIDIA·Broadcom CPO 제품 현황
NVIDIA 양대 제품 라인
프로토콜: InfiniBand | 대역폭: 115 Tb/s (144포트 × 800G) | 인-네트워크 컴퓨팅: 14.4 TFLOPS (SHARP 4세대) | 냉각: 수냉식 | 출시: 2026년 상반기
프로토콜: Ethernet (Spectrum-6 ASIC) | 대역폭: 최대 409.6 Tb/s (512포트 × 800G) | 용도: LLM 학습/추론, 에이전틱 AI | 냉각: 수냉식 | 출시: 2026년 하반기
NVIDIA Rubin Ultra — Scale-Up CPO (최신)
NVIDIA의 차세대 Rubin Ultra 랙은 NVL72 × 2 구성으로, NVSwitch 트레이에 CPO를 적용해 두 랙을 광섬유로 직접 연결합니다.
- NVSwitch칩 1개 = 3.2T 광학 엔진 4.5개 → 14.4T 스위칭
- Rubin Ultra 랙 전체 = 144개 CPO NVSwitch + 648개 광학 엔진
- Scale-Out NIC(CX10)에도 CPO 적용 → 광학 엔진 : GPU = 5.5 : 1
CPO가 Scale-Out만이 아닌, Scale-Up(GPU간 직접 통신)에도 본격 적용됨을 의미합니다.
Broadcom
Meta와 100만 시간 이상 테스트 완료. 전력 3.5배 절감, 비트당 비용 40% 절감 달성. NVIDIA과 달리 오픈 이더넷 생태계에 집중하며, AWS·Google 등 하이퍼스케일러의 커스텀 AI칩에 CPO를 결합하는 형태가 유력합니다.
📈 CPO 로드맵 & 시장 전망
TSMC COUPE 플랫폼
- 1세대 (현재~2026): OSFP 광학 엔진, 65nm EIC + PIC, 1.6 Tb/s
- 2세대 (2027~2028): CoWoS CPO, 마더보드 레벨 통합, 6.4 Tb/s — 본격적 CPO 시대
- 3세대 (2029+): In-Package CPO, 프로세서 안에 광학 직접 통합, 12.8 Tb/s
- 장기 비전: OIO(Optical I/O) — 모든 GPU+스위치에 CPO, 랙 전체 광통신. NVIDIA의 궁극 목표
시장 규모
| 연도 | 규모 | 비고 |
|---|---|---|
| 2025 | $95M | 초기 시장 |
| 2026 | $161M | 첫 상용 제품 출하 |
| 2031~33 | $750M~$3B | 기관별 편차 큼 |
| CAGR | 30~49% | 연평균 성장률 |
하이퍼스케일러의 AI CapEx가 가속화되면서(구글 $75B, 메타 $65B 계획) 2027년부터 폭발적 성장이 예상됩니다.
🏆 수혜 기업 심층 분석
Tier 1 — 핵심 수혜
CPO에는 "외부 레이저 소스(ELS)"가 필수입니다. 레이저를 패키지 안에 넣으면 고장 시 전체 교체 필요 → 외부에서 빛만 공급하는 구조가 채택됩니다. Lumentum은 NVIDIA CPO의 유일한 승인 레이저 벤더.
- 200G EML 레이저 — CPO 광학 엔진의 광원
- Q2 FY2026 실적 역대 최고, 주가 416% 랠리
- OCS(광 회로 스위치) 수주 잔고 $400M+
- CPO + OCS + 클라우드 트랜시버 3중 성장 동력
투자 포인트: NVIDIA CPO 스위치 1대마다 LITE 레이저 필요. Rubin Ultra 랙 1대 = 800+개 광학 엔진 = 대량 레이저 수요. 중국 저가 경쟁에서 벗어나는 고부가가치 포지셔닝.
CPO 광학 엔진의 핵심 부품인 **PIC(Photonic Integrated Circuit)**를 제조하는 파운드리.
- PH18DA 플랫폼 — 400G-per-lane 모듈레이터 시연 완료 (2026.2)
- NVIDIA와 협력해 1.6T 실리콘 포토닉스 개발
- 3.2T 프로토타입은 2027년 말 예상
- Intel 인수 무산 후 독립 파운드리로 성장
투자 포인트: 실리콘 포토닉스 전문 파운드리라는 독보적 포지션. CPO 생태계 전체의 "삽과 곡괭이" 역할. NVIDIA·Broadcom·Marvell 모두의 PIC를 제조할 수 있는 위치.
- Meta 대상 CPO 100만 시간 테스트 완료
- 하이퍼스케일러 커스텀 AI칩 + CPO 패키지 제공
- 오픈 이더넷에서 NVIDIA의 최대 경쟁자이자 동시 수혜자
- 광학 부품~ASIC까지 수직 통합 역량
- COUPE 플랫폼 독점 (SoIC-X, CoWoS 등 첨단 패키징 집합)
- NVIDIA·Broadcom 모두 TSMC 패키징 의존
- CPO = 기존 파운드리 매출에 추가 성장 동력
Tier 2 — 잠재적 수혜
레이저+광학 부품+패키징까지 수직 통합이 강점이나, NVIDIA CPO 레이저 벤더 승인에서 Lumentum에 뒤처짐. 자체 CPO 솔루션이나 Broadcom 생태계 참여로 만회 가능. 장기적으로 수직통합이 가격 경쟁력에 유리할 수 있음.
데이터센터 네트워킹 DSP 강점. CPO에서 EIC(Electronic IC) 영역 참여 가능. 다만 CPO 확산 시 기존 플러거블 DSP 매출 감소 우려도 존재.
TeraPHY — 8 Tbps UCIe 광학 인터커넥트 칩렛. 패키지-to-패키지 광연결을 구현하는 "다음 세대 CPO"의 선두주자. Intel, NVIDIA 투자. IPO 시 주목.
피해 위험 기업
| 기업 | 리스크 | 이유 |
|---|---|---|
| 중국 트랜시버 (Innolight 등) | 장기 위협 | 저가 플러거블 시장 축소. 단 중소 DC에서는 당분간 수요 유지 |
| Cisco | 도전 | NVIDIA/Broadcom CPO 진출로 AI DC 점유율 위협 |
⚠️ 리스크 & 주의할 점
기술 리스크:
- CPO는 아직 첫 상용 제품 출하 단계
- 수율(yield) 문제 — 패키징 복잡도 증가
- 유지보수: 모듈 핫스왑 불가, 패키지 전체 교체
- 벤더 락인 (NVIDIA vs Broadcom 생태계)
시장 리스크:
- 플러거블 트랜시버가 계속 성능 개선 중 (LPO 등)
- CPO 본격 매출은 2027년부터 — 주가 선반영 주의
- 하이퍼스케일러 CapEx 삭감 시 연기 가능
- Rubin Ultra에서 CPO가 아닌 직교 백플레인 방식 채택 가능성도 존재
SemiAnalysis (2026.1): "CPO는 오래 전부터 약속되었지만, 실제 상용 제품은 2025년에 겨우 등장했다. 플러거블이 계속 성능을 따라잡고 있어서, 하이엔드에서 먼저 채택되고 플러거블과 공존하는 형태가 될 가능성이 높다."
🎯 결론
1. CPO는 AI 스케일링의 필수 인프라. GPU 100만 대 클러스터를 구현하려면 기존 플러거블로는 전력/신호 문제를 해결할 수 없습니다.
2. 시장은 초기이지만, 방향은 확정적. NVIDIA·Broadcom·TSMC 모두 CPO에 올인. 2026년 상용 제품 출하 → 2027년 본격 채택이라는 타임라인이 명확합니다.
3. 수혜 기업 우선순위:
- Lumentum(LITE) — NVIDIA 유일 레이저 벤더, 가장 직접적
- Tower Semi(TSEM) — PIC 파운드리, "삽과 곡괭이" 플레이
- Broadcom(AVGO) — 양대 생태계, 커스텀 ASIC 시너지
- TSMC(TSM) — 패키징 독점, 모든 CPO의 제조 기반
4. 주의: CPO 관련 주가는 이미 상당 부분 선반영(LITE +416%, TSEM +180%). 실제 매출 확인 없는 추가 상승은 리스크가 있으므로, 실적 발표와 수주 확인에 따라 단계적 접근이 합리적입니다.
출처: NVIDIA, Broadcom, TSMC, SemiAnalysis, LightCounting, Siemens EDA, Global Tech Research 본 글은 투자 권유가 아닌 정보 제공 목적입니다.