머리카락 굵기 통로를 공기로 채워
유리매질보다 대역폭도 크게 높아
전세계 39개 지역 123개 DC 연결
지구 - 달 25번 왕복할 방대한 길이
2032년 관련시장 규모 154.5억弗
AWS 직원이 네트워킹 장비를 살펴보고 있다. AWS
광 트랜시버가 광케이블과 서버 스위치를 연결하고 있다. AWS
머리카락 굵기의 중공심 광섬유와 구조 이해를 돕기 위해 만들어진 모형. AWS
9일(현지 시간) 미국 캘리포니아주 마운틴뷰에 위치한 아마존웹서비스(AWS) 네트워킹 랩 연구실에서 AWS 직원이 네트워크 서버를 소개하고 있다. 김창영 특파원이달 9일(현지 시간) 미국 캘리포니아주 마운틴뷰에 위치한 아마존웹서비스(AWS) 네트워킹 랩(연구소). 내부 연구실로 들어서자 노란색 광케이블로 도배된 서버 랙(네트워크 장비 구조물)들이 눈앞에 펼쳐졌다. 노란색 광케이블은 트랜시버(전기·광통신을 송수신하는 장비)를 통해 폭이 약 50㎝인 랙 트레이(층)는 물론 나란히 서 있는 랙들을 연결하고 있었다. 세계 최대 하이퍼스케일러(대규모 컴퓨팅 인프라 운영사)인 AWS의 네트워킹 랩이 한국 언론을 통해 공개되는 것은 이번이 처음이다.네트워크의 핵심은 광섬유다. AWS 연구진은 이날 차세대 광섬유로 불리는 중공심광섬유(HCF·Hollow Core Fiber)를 소개했다. 광섬유는 데이터센터에서 서버 간 데이터를 빠르게 주고받는 광케이블 안에 들어가며 굵기는 머리카락 수준인 ㎛(마이크로미터·100만분의 1m) 단위다. 일반 광섬유는 유리 등 고체로 채워져 있지만 중공심광섬유는 가운데에 공기가 들어 있다. 중공심광섬유 안에서 빛은 고순도 실리카에 둘러싸인 공기 통로를 통해 빠르게 이동한다.
중공심광섬유는 유리 같은 고체보다 공기에서 빛의 굴절률이 낮아 더 빨리 통과할 수 있다는 성질에 착안했다. 빛 전송 매질이 유리에서 공기로 바뀌면서 전송속도는 초당 20만 ㎞에서 30만 ㎞로 50% 빨라지고 대역폭(초당 데이터 전송량)도 크게 높아졌다. 일반 광섬유의 전송 지연(latency)이 ㎞당 5㎲(마이크로초·100만분의 1초)인 반면 중공심광섬유는 3.3~3.5㎲에 불과하다. 중공심광섬유를 쓰면 일반 광섬유보다 도달 범위는 50% 확장되고 전송 지연 시간은 30% 개선된다.
AWS는 전 세계 245개 국가와 지역을 잇는 39개 클라우드 권역에서 123개의 데이터센터 그룹을 운영하고 있다. 데이터센터 내부는 물론 흩어진 데이터센터들을 연결하기 위해 AWS가 해저·지하·지상에 설치한 광섬유 케이블 길이는 2000만 ㎞에 달한다. 지구(4만 ㎞)를 500바퀴, 지구에서 달까지 25번 왕복할 수 있는 엄청난 양이다. 중공심광섬유는 이러한 데이터센터의 물리적 거리 한계를 극복할 기술로 각광받고 있다. 전력과 토지·용수는 물론 주민들의 반대로 데이터센터를 한 곳에 대규모로 짓기 점점 어려워지는 상황에서 광섬유를 통한 연결이 중요해지기 때문이다. AWS는 현재 10개 이상 떨어진 데이터센터를 중공심광섬유로 연결하고 있다.
경쟁사들도 중공심광섬유를 도입하고 있지만 AWS는 특수 네트워킹 장비인 고밀도파장분할다중화(DWDM)용 광 트랜스폰더(신호변환기)로 차별화를 꾀했다. 광 트랜스폰더는 다양한 화물 기차가 평행 선로를 달리듯이 서로 다른 파장의 빛 데이터가 단일 광섬유 케이블에서 전송되도록 해주는 송수신기다. AWS의 광케이블 하나로 영화 스트리밍, 온라인 결제, 클라우드 애플리케이션 실행이 모두 가능한 이유다. AWS의 광 트랜스폰더는 기존 제품보다 대역폭을 73% 늘렸고 전력 소비량은 35% 줄였다. 사티시 방갈라 AWS 네트워크 제품 엔지니어링 디렉터는 “AWS는 장거리 네트워크에서 고밀도파장분할다중화용 광 트랜스폰더를 사용할 수 있는 유일한 기업”이라고 강조했다.인공지능(AI) 업계에서 그래픽처리장치(GPU)와 고대역폭메모리(HBM)를 병목으로 꼽지만 AWS는 반도체 못지않게 중요한 것이 네트워크라고 강조한다. 스티븐 캘러헌 AWS 네트워크 개발 수석 연구원은 “‘프로젝트 레이니어(AWS의 초대형 AI 인프라 사업)’를 예로 들면 100만 개가 넘는 칩을 다루는 곳이 있다”며 “그곳에서는 네트워크의 어느 한 부분에만 문제가 생겨도 모든 GPU가 멈춘다”고 설명했다. 그는 “GPU들은 마치 군대가 일사불란하게 움직이는 것처럼 모든 작업에서 순차적으로 진행돼야 한다”며 “네트워크가 최적의 상태에서 가동되고 고객이 GPU에만 집중할 수 있도록 하는 것이 우리의 원칙이었다”고 덧붙였다.
글로벌 시장조사 업체 데이터브리지마켓리서치에 따르면 글로벌 광섬유 시장 규모는 2024년 73억 6000만 달러에서 2032년 154억 5000만 달러로 급증할 것으로 전망된다. 이에 따라 AWS는 제조사들과 함께 중공심광섬유 자체 조달 시스템을 구축하고 2024년부터 중공심광섬유를 데이터센터에서 적용하고 있다. 맷 레더 AWS 네트워크 엔지니어링 수석 부사장은 “AI 규모는 거대해지고 모든 것이 데이터센터를 통해 이뤄지고 있다”면서 “우리의 목표는 중공심광섬유로 지연 없이 도달 범위를 확장시키는 것”이라고 말했다.