광통신·포토닉스비전공자도 5분만 읽으면 끝! 최대한 쉽게 설명한 광통신, 포토닉스 바이블

안녕하세요, 카레라입니다. 사진 출처: Azooptics 광통신, 포토닉스(Photonics) 말은 많이 들어보셨고 AI 시대와 HBM 강점기(?)에 매우매우 중요한 거라는 건 다들 알고 계실 텐데, 기술적으로 무엇이 어떻게 중요한지 아시는 분 있으신가요? 엔비디아는 왜 혼자만 재미가 없을까? 돈이 흐르는 AI 병목의 비밀 안녕하세요, 카레라입니다. 몇 달째 AI, 반도체 이야기를 하는 것도 지겹지만 반도체 강점기라서 어쩔 수가 없습니다. 마이크론(MU) 같은 반도체주의 특징이 뭔지 아십니까? "스릴있다" 죠. 그렇지만... 왕년 텐배거의 대장이었던 엔비디아(NVDA)는 지금 어떻습니까 contents.premium.naver.com 아마 별로 없으실 겁니다. 위 링크의 콘텐츠에서는 AI 시대의 미래 병목으로 광통신을 꼽았는데 이건 좀 어려운 기술적 이야기들이 많아서 좀 제대로 이해해야 투자도 제대로 할 수가 있습니다. ​ 그래서 제가 오늘 초간단 광통신 강의를 해 드리겠습니다! ​ 목표는 글 하나, 딱 5분으로 여러분을 광통신 기초 마스터로 만들어드리는 겁니다. 바로 시작할게요. ​ 광통신은 예전부터 원래 있었던 산업입니다. 포토닉스(Photonics)는 "빛으로 일하는 기술" 이라는 뜻인데, 전자(Electron)를 다루면 일렉트로닉스(Electronics), 광자(Photon)를 다루면 포토닉스입니다. 쉽죠? 광통신은 그 중에서도 정보를 빛으로 바꿔서 유리섬유(광케이블) 안으로 쏴 보내는 기술입니다. 원리는 매우 간단합니다. 사진 출처: 위키백과 전기 신호(0과 1)를 받음 레이저를 깜빡여서 전기 신호를 빛 신호로 바꿈 → 이걸 하는 게 송신기(TX) 머리카락보다 얇은 유리섬유를 통해 빛이 날아감 반대편에서 광검출기가 빛을 다시 전기로 바꿈 → 수신기(RX) 사진 출처: Optcore 이 TX+RX를 한 부품에 넣은 걸 트랜시버(Transceiver) 라고 부릅니다. 앞으로 계속 나올 단어니까 기억해둡시다. 스위치 앞면에 USB처럼 꽂는 손가락만한 모듈입니다. ​ 원래 이 산업의 고객은 통신사였습니다. ​ AT&T, Verizon, 한국이면 KT 같은 회사들이죠. 태평양 밑에 해저케이블 깔고 도시 간 백본망 깔고 5G 기지국 연결하고... 그래서 이 섹터는 수십 년간 통신사의 자본적 지출(CAPEX) 사이클에 묶인 지루한 산업이었습니다. ​ 통신사가 투자하면 좋고 안 하면 나쁘고. 2001년 닷컴 버블 때 광케이블 과잉투자로 산업 전체가 박살난 뒤로는 특히 그랬습니다. 성장주가 아니라 경기순환주 취급을 받은 거죠. ​ 레이저 회사들(코히어런트 같은)도 마찬가지였습니다. 통신용 외에 산업용 레이저 절단기, 용접기, 안과 수술 장비 이런 걸 팔았습니다. 그런데 AI가 갑자기 튀어나오고 구리 통신선의 한계가 곧바로 나타나면서 광통신이 뜬금없이 재평가되었습니다. 왜 그럴까요? 음... 빛이 전기보다 빨라서? 아뇨. 그건 아닙니다. 구리선 안에서 전기 신호도 빛 속도의 60~70%로 갑니다. 광섬유 안의 빛도 유리 굴절률 때문에 진공보다 느려져서 대략 빛 속도의 68%입니다. ​ 의외로 구리선을 쓰든 광통신을 쓰든 속도는 거의 같습니다! 진짜 문제는 세 가지입니다. 신호가 망가지는 것, 전력을 먹는 것, 그리고 공간이 없는 것 말입니다. (1) 신호 문제 사진 출처: tradeindia 구리선은 성질이 안테나에 가까워서 전기 신호를 넣으면 이런 일들이 벌어집니다. ​ 감쇠(attenuation): 신호가 가면서 약해지는 것. 고주파 전류는 도선 표면 얇은 껍질로만 흐르려는 성질이 있음. 그래서 속도를 올릴수록 구리는 급격히 효율이 안 좋아짐 신호 뭉개짐(dispersion): 역시 전송 속도를 올릴수록 저속에선 멀쩡하던 신호가 고속에서는 0인지 1인지 구분이 안 되는 죽처럼 변하게 됨 누화(crosstalk): 옆 케이블의 신호가 전자기적으로 새어 들어오는, 셀프 도청이나 마찬가지. 케이블을 촘촘히 묶을수록 심해짐 ​ 광섬유는 이 세 가지 문제가 거의 없습니다. ​ (2) 그래서 전기를 퍼먹는 구리선 어쨌든 구리선으로도 이 문제들을 해결할 수는 있습니다. 어떻게? 신호가 망가졌으면 복원하면 됩니다. 이걸 SerDes라고 부릅니다. 송신 쪽에서 신호를 미리 왜곡시켜 보내고 수신 쪽에서 뭉개진 걸 수학적으로 되살립니다. 문제는 이 복원 작업이 속도에 따라 기하급수적으로 어려워진다는 데 있습니다. 어떻게든 아득바득 복원을 하려면 어마어마한 전력을 투입해야 합니다. 사진 출처: KAIST 뭐 옛날에 메모리 대역폭(고속도로가 처리 가능한 초당 데이터 전송량)이 수십 GB/s 정도일 때는 이런 문제가 없었습니다. 그러나 이제 HBM 최신 버젼으로 가면 1초에 몇 TB(테라바이트) 정도를 처리해야 합니다. ​ 칩 안쪽 대역폭이 폭증하니 칩 바깥쪽도 그만큼 데이터를 뱉어내야 하는 데서 생기는 문제입니다. 그리고 사실 물리적으로 케이블 크기가 커질 수밖에 없습니다. 사진 출처: HPCwire 구리로 고속, 장거리를 하려면 케이블을 굵게 만들거나 여러 가닥을 묶어야 함 엔비디아에서는 구리선으로 원하는 스펙의 통신선을 만들기 위해서는 케이블 굵기가 소방호스 수준이 된다고 표현함 사진 출처: C&C Technology Group 데이터센터 랙(위 사진의 캐비닛 하나하나) 뒤에 소방호스 수천 개를 꽂을 수는 없겠죠. ​ 대신 광섬유는 머리카락 굵기이고 하나의 섬유에 여러 파장의 빛을 동시에 실을 수 있습니다(WDM이라고 합니다). 빨간 빛, 파란 빛, 초록 빛이 서로 간섭 없이 같은 유리 안을 지나가서 동시에 여러 정보를 실을 수 있다고 하네요. 사진 출처: FS.com 구리의 이런 약점은 옛날부터 알려져 있었습니다. 다만 예전 데이터센터에서는 문제가 안 됐습니다. ​ 과거에는 데이터센터 랙마다 맨 위에 스위치(Top-of-Rack)를 두고 서버와 1~2미터 구리선으로 연결했는데, 짧고 느려서 구리로 충분했습니다. ​ 그런데 이제는 GPU 수만 개가 하나의 컴퓨터처럼 동작해야 하니까 랙들의 절대적 덩치가 커지고, 스위치를 아무리 잘 배치해도 선이 저어어어어어기 맨 뒤까지 늘어집니다. ​ 이러면 서버와 스위치 사이 거리가 크게 늘어나는데, 아까 뭐라고 했죠? ​ 구리는 높은 데이터 전송 속도로 가면 극도로 취약해지고 거리가 멀어져도 극도로 취약해짐 ​ 그래서 구리가 갑자기 한계에 도달하고, 대안으로 광통신이 떠오른 겁니다. 물론 구리선 자체가 아예 퇴출될 리는 없습니다. 랙 안에서는 당연히 구리선을 써도 됩니다. ​ 랙 바깥에서가 문제인 거죠. 사진 출처: 엔비디아 마침 엔비디아가 Vera Rubin NVL576 같은 멀티랙 시스템을 발표하면서 광통신이 갑자기 필수가 되었습니다. 엔비디아가 만든 최신 제품부터가 너무 덩치가 커져서 랙 하나에 다 안 들어가니 랙끼리 묶어야 하고 그 순간 구리만으로 해결이 안 되는 겁니다. 사진 출처: Springer Nature 이제 CPO(광학을 아예 칩 패키지 안으로 넣는 기술), OCS(광 회로 스위치)라는 두 개의 단어를 외웁시다. 얘네가 2026년 광통신 재평가의 진짜 트리거입니다. ​ CPO = 광 신호를 만드는 곳을 어떻게 옮길까? OCS = 광 신호를 보낼 곳을 결정하는 방식을 어떻게 바꿀까? 사진 출처: Optcore 아까 이걸 다시 보면, 스위치 앞면에 USB처럼 꽂는 손가락만한 모듈이 있는데 여기서 전기를 빛으로 바꿉니다. 문제는 이 모듈이 스위치에서 몇 인치 떨어져있다는 겁니다. 그 사이를 전기 신호가 지나가야 하는데, 앞에서 설명한 구리의 저주가 여기서도 똑같이 걸립니다. 전기 신호가 빛으로 바뀌어 광섬유로 나가기 직전의 몇 인치가 전력 먹는 하마가 된 겁니다. 사진 출처: 오토트리뷴 진입로가 길면 국도변 톨게이트 앞에서 고속도로 초입이 꽉 막히는 걸 생각해보시면 됩니다. ​ ???: 그럼 광 뭐시기 모듈을 아예 스위치 칩 패키지 안으로 집어넣자! ​ 몇 인치의 그 짧은 전기가 지나가는 구간 자체를 없애버리자는 아이디어입니다. 광 인터커넥트(optical interconnect)의 한 종류가 바로 이 CPO입니다. 에이, 근데 그 몇 인치가 뭐 얼마나 중요하겠어? 매우 중요합니다. 젠슨 황이 GTC 2025에서 말하길 100만 개의 GPU가 있는 데이터센터를 기존 트랜시버로 만들면 개별 모듈 600만 개가 필요하고 네트워킹에만 180MW를 쓴다고 합니다. 사진 출처: eenewseurope 180MW는 중소 도시 하나가 쓰는 전력입니다. 연산이 아니라 순수하게 데이터 옮기는 데만요! 이래서 전력을 아끼기 위해서는 CPO가 무조건 필수가 됩니다. ​ 이 CPO는 브로드컴(AVGO), 엔비디아(NVDA)가 팔고 있습니다. 그런데 브로드컴과 엔비디아도 이 CPO를 만들기 위한 포토닉스 부품은 루멘텀과 코히어런트로부터 가져옵니다. 아무래도 CPO가 최신 기술이다 보니 이거 믿을 만한가? 라는 이슈가 있었는데 OFC 2026에서 메타(META)가 이 CPO를 직접 써보고 "야 이거 괜찮네!" 라고 인증해 주었습니다. CPO는 플러거블보다 기계적 요소가 적기 때문입니다. CPO의 최대 약점으로 지목되던 게 신뢰성이었는데 이 부분을 해결해준 거죠. 대규모 채택은 2027년부터, 본격 물량은 2028년경으로 보고 있습니다. 사진 출처: fibermart 다음으로 OCS를 봅시다. CPO가 고속도로 톨게이트 초입을 없애보자는 컨셉이었다면 OCS는 스위치 자체에서 아예 전기를 없애는 게 컨셉입니다. ​ 전기가 스위치로 들어와서 빛으로 바뀌어 케이블로 나가기 전의 몇 인치가 제일 짜증나는 병목 CPO는 그 몇 인치에서 최대한 고통을 덜 받도록 톨게이트를 고속도로에 일체화시킴 OCS는 톨게이트 자체가 필요없게 하이패스로 바꿈 ​ 기존 스위치가 하는 일반 스위치(패킷 스위치)는 이렇게 동작합니다. ​ 광섬유로 들어온 빛을 전기로 바꾼다 → 전기 신호로 이 데이터는 어디로 갈까? 를 판단한다 → 다시 전기를 빛으로 바꿔서 내보낸다! ​ 빛 → 전기 → 빛인데, 이 변환 자체도 전력을 먹습니다. 사진 출처: 구글 ???: 그럼 그냥 빛인 채로, 전기로 바꾸지 말고 그냥 빛으로 다시 보내면 안 되나? 사진 출처: Linkedin 아주 작은 거울을 기울여서 들어온 빛을 원하는 출구로 반사시키는데 사진을 보면 바로 이해가 됩니다. 이게 MEMS 방식 OCS입니다. 또는 조금 다르게 액정으로 빛의 진행 방향을 꺾는 LCoS 방식도 있습니다. ​ 빛을 전기로 바꿀 필요가 없으니 전력을 거의 안 먹겠죠. 구글(GOOGL)이 절찬리에 써먹던 방식이고 구글은 이런 방식으로 40% 전력 절감(!)을 실증했다고 하네요. ​ 그러니까 사실 예전부터 있던 기술입니다. 다만 지금 더 필요해진 거죠. ​ 루멘텀 홀딩스(LITE): MEMS 방식 OCS 주력, 구글과 오라클에 공급, 마이크로소프트와 엔비디아하고도 샘플 테스트 중 코히어런트: LCoS 기반, 구글과 오라클이 주 고객 사진 출처: 구글 그럼 광통신 관련주는? 당연히 코히어런트, 루멘텀이 CPO와 OCS 핵심 부품을 과점하고 있습니다. ​ 다만 이 섹터는 이미 많이 올랐습니다. 코히어런트는 PER 158배(!!!), 루멘텀 128배 수준이었고 2026년 7월 초에는 별다른 악재 없이도 코히어런트와 루멘텀이 1개월 만에 20% 이상 빠지는 조정이 있었습니다. 그래서 CPO, OCS 순수 수혜주라는 프레임보다 밸류체인 상에서의 위치로 보는 게 맞습니다. ​ 광 부품과 레이저 과점: 코히어런트, 루멘텀 위 기업들한테 부품을 받아서 스위치를 실제로 만드는 기업: 브로드컴, 엔비디아 광섬유 자체: 코닝(GLW) 위탁생산: 광통신 업계의 TSMC 비슷한 친구인 패브리넷(FN) 자체 트랜시버: 옵토일렉트로닉스(AAOI) 아니 잠깐만, CPO하고 OCS를 코히어런트, 루멘텀이 만들고 브로드컴, 엔비디아가 자사 광통신 시스템에 붙여서 완성하는 건 알겠는데 나머지 애들은 뭐하는 애들이야? 광통신은 GPU와 마찬가지로 여러 층이 쌓인 조립품이라서 그렇습니다. 코닝은 빛이 지나갈 유리섬유 자체를 만드는 것이고, 패브리넷은 조립과 정렬을 대신 해주는 회사입니다. ​ 헷갈리니까 다시 설명할게요. ​ 코히어런트, 루멘텀이 만드는 건 레이저 칩, 광검출기, InP 웨이퍼 같은 알맹이입니다. ​ 이건 반도체 공정으로 찍어내는 것이고 소재와 물리적 노하우가 중요합니다. 그런데 이 레이저 칩 하나가 그 자체로 트랜시버가 되는 게 아닙니다. ​ 레이저 칩, 드라이버 칩, DSP 칩, 광검출기, 렌즈, 광섬유를 손가락만한 케이스 안에 다 집어넣고 빛이 정확히 통과하도록 몇 미크론 단위로 맞춰서 붙여야 완제품이 되는데, 이 조립과 정렬 작업이 패브리넷의 입니다. 사진 출처: auto simple 코히어런트, 루멘텀: 엔진과 변속기를 만드는 회사 패브리넷: 그걸 받아서 완성차를 조립하는 공장 ​ 이렇게 이해하면 쉽습니다. 코히어런트나 루멘텀의 경쟁자는 아니고 고객사이며 협력사겠죠. ​ 마지막으로 어플라이드 옵토일렉트로닉스(AAOI)는 완성된 트랜시버 모듈 자체를 자기 이름을 붙여서 팝니다. 패브리넷이 폭스콘 같은 하청이라면 어플라이드 옵토일렉트로닉스는 애플처럼 트랜시버를 자기 브랜드로 파는 거죠. ​ 이 친구들은 최근 대형 하이퍼스케일러에 800G 트랜시버 첫 물량 출하를 시작하며 데이터센터 부문 매출이 전년비 두 배 넘게 뛰었습니다. ​ 정말 많은 기업들이 관련되어 있는데 투자 판단 기준은 어떻게 될까요? 병목의 근원을 직접 사고 싶으면 코히어런트와 루멘텀이고 CPO 등 기술 노선 싸움이 어떻게 흘러갈지 모르겠으면 패브리넷과 코닝입니다. 어느 방식이 이기든 광섬유는 깔아야 하고 누군가는 미크론 단위로 조립해야 하니까요. 사진 출처: macrotrend 패브리넷이 지난 15년간 연 23%로 이익을 복리 성장시킨 것도 이 중립성 덕분입니다. ​ 현재 패브리넷의 PER은 약 40배로, 앞서 코히어런트 158배, 루멘텀 128배와 비교하면 패브리넷은 확실히 싸 보입니다. 사진 출처: 구글 거품 측면에서도 상당히 담백(?)해졌군요. ​ 하지만 이건 패브리넷이 위탁생산이라서(가격 협상력이 약함) 마진 구조상 원래 멀티플이 조금 저평가받는 부분도 분명히 있다는 점 참고하시고요. ​ 현재 가장 위험한 건 AAOI 같은 자기 브랜드 트랜시버 업체라고 보는데, 자기 브랜드를 붙여서 판다는 게 좋을 때도 있지만 너무 빅테크 고객사들에게 많이 의존하는 구조라서 2026년에 한때 400% 넘게 올랐다가 하루에 17% 빠지기도 했습니다. 먹으면 크게 먹고 틀리면 크게 틀리는 종목이죠. ​ 전반적인 개념과 상황은 이 정도로 충분히 알려드린 것 같습니다. 신기술에 투자할 때는 항상 충분한 배경지식이 필요하겠죠! ​ 읽어주셔서 감사합니다. ^^