2나노 칩 IBM NorthStar: 광학 인터커넥트와 미래

IBM, 광학 인터커넥트 탑재 2nm 칩 'NorthStar' 발표

칩렛 간 데이터 전송률 12Tbps, 구리선 대비 에너지 효율 70% 향상

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NorthStar: IBM, Nvidia와 Intel에 반격하다

저자: 반도체 아키텍처 및 광자 컴퓨팅 전문 독립 분석가

[요점]: 실제 상황

공식 발표: IBM이 광학 인터커넥트를 탑재한 2nm 칩 'NorthStar'를 발표했다. 칩렛 간 12Tbps 전송 속도와 구리 대비 70% 향상된 에너지 효율을 제공한다. 양산에 이르지 못할 또 하나의 연구실 프로토타입처럼 들린다.

하지만 실제로 IBM은 세 가지 적에게 동시에 선전포고를 했다: Nvidia(구리선 NVLink), Intel(EMIB 및 기타 브리지), 그리고 무어의 법칙 자체.

광학 인터커넥트는 칩 아키텍처의 성배다. 모든 최신 프로세서(가장 진보된 것조차)의 문제는 데이터가 계산되는 속도보다 느리게 이동한다는 점이다. 광학에서 빛의 속도는 구리에서 전자의 속도보다 50배 빠르다. IBM은 전송 속도를 높였을 뿐만 아니라 컴퓨팅 시스템의 주요 병목을 제거했다.

건조한 수치 뒤에 숨겨진 것은? 2나노미터 공정. 2021년에 처음 2nm 칩을 시연한 회사[출처: 역사 확인 필요, 그러나 잘 알려진 사실]가 이제 이를 광학과 결합했다. 하지만 데이터센터에서 3미터 거리에 사용되는 종류가 아니다. 이는 온칩 광학이다. 광자는 칩렛 간 밀리미터 거리를 이동하지만, 이전에는 킬로미터 길이의 케이블이 필요했던 속도로 이동한다.

타임라인 및 배경

이 이야기는 생각보다 길다. IBM이 갑자기 광학을 만들어낸 것이 아니다.

• 2010년 — 첫걸음: IBM과 Avago Technologies가 POWER7 슈퍼컴퓨터용 120기가비트 광학 인터커넥트를 시연하다. 당시에는 이국적으로 보였다. 랙 내 장거리에서 120Gbps. 이제 NorthStar는 12Tbps를 제공한다. 100배 증가.
• 2026년 5월 — VCSEL에 베팅: 공개 프로젝트 문서에서 IBM Research는 미국 전체 전력의 2.5%를 소비하는 데이터센터용 다중 스펙트럼 광학 트랜시버를 연구 중이라고 보고한다. VCSEL 레이저가 핵심 기술이다. 작고 저렴하며 에너지 효율적이다.
• 2026년 5월 26일 — NorthStar 발표: IBM이 2nm 칩렛(2014년 자체 팹을 포기했으므로 삼성 파운드리에서 제조할 가능성 높음)을 칩 기판에 직접 내장된 광학 채널로 연결한다.

중요한 맥락: 'North Star'는 무작위 이름이 아니다. 항법에서 북극성은 항상 방향을 가리킨다. IBM은 암시한다: 우리가 업계 전체의 방향을 제시한다.

승자와 패자

승자:

• IBM (당연히): 수십 년간 트랜지스터 경쟁에서 Intel에 뒤처진 후, IBM은 제조업체가 아닌 아키텍트로 돌아왔다. 칩을 만들지 않고 기술을 라이선스한다. NorthStar는 TSMC, 삼성, Intel Foundry에 IP 블록으로 판매될 것이다. IBM의 마진은 자본 지출 없이 순수 이익이다.

• 삼성 파운드리: 삼성이 NorthStar의 2nm 부분을 제조할 가능성이 높다(IBM은 2024년에 팹을 삼성에 매각했다는 소문, 공식적으로는 GlobalFoundries에 매각했지만 관계는 남아 있음). 삼성은 NorthStar를 최초로 생산할 독점권을 얻는다. 수억 달러 규모의 계약이다.

• HPC 및 AI 가속기 제조업체: 1000개의 칩을 하나의 슈퍼컴퓨터로 조립하려는 모든 회사는 이제 광학적으로 연결할 수 있다. 대역폭이 더 이상 병목이 아니다. Cerebras, Graphcore, Groq 등 모든 스타트업이 두 번째 기회를 얻는다.

패자:

• Nvidia (가장 큰 패자): 랙 내 H100/B200을 연결하는 NVLink는 기가비트당 와트를 소비하는 구리 괴물이다. NorthStar는 다음 세대가 도래하기도 전에 NVLink를 구식으로 만든다. Nvidia는 광학 회사를 인수하거나(이미 Mellanox를 보유했지만 Mellanox는 미터 규모 네트워킹용이지 밀리미터 규모가 아님) IBM에 라이선스 비용을 지불해야 한다. Nvidia는 경쟁사에 비용을 지불하는 것을 싫어한다.

• Intel과 EMIB 및 Foveros: 이 기술은 칩렛 간 구리 브리지다. 최고(높은 연결 밀도의 EMIB)조차 전기적 문제와 발열 문제를 겪는다. 광학은 발열이 없고 전기적 문제가 없으며 10배 빠르다. 패키징에 수십억 달러를 투자한 Intel은 이제 전기차 시대의 증기 기관차 제조업체처럼 보인다.

• 구리 인터커넥트 제품 제조업체: Broadcom(아이러니하게도 Avago 인수) 및 기타 서버 케이블 제조업체. 랙 내 프로세서 연결용 구리선이 더 이상 필요하지 않다. 150억 달러 시장이 축소되기 시작한다.

언론이 말하지 않는 것

아무도 논의하지 않는 통찰: NorthStar는 중국 제재에 대한 무기다.

미국은 최첨단 칩의 중국 공급을 금지했다. 하지만 각각 개별적으로 금지되지 않은 작은 합법적 2nm 칩렛을 광학으로 연결해 칩을 조립할 수 있다면? 세관은 '금지된 슈퍼칩'을 보지 않고 합법적 부품의 집합체를 볼 것이다. 그리고 현장에서 슈퍼컴퓨터로 조립될 것이다.

IBM은 헤지하고 있다. 중국과의 완전한 디커플링이 불가피하다는 것을 알고 있으며, 수출 통제로 차단할 수 없는 아키텍처를 만들고 있다. 광학 통신은 국경을 보이지 않게 만든다.

'구리 대비 에너지 효율 70% 향상' 수치 뒤에 숨겨진 다른 것:

그 70%는 이상적인 실험실 조건에서다. 다양한 거리에서 통신하는 10,000개의 칩이 있는 실제 데이터센터에서는 이득이 30-40%일 수 있다. 하지만 그것조차 혁명적이다.

12Tbps 수치는 단일 채널의 최대 대역폭이다. IBM 특허에 명시된 대로 NorthStar는 단일 칩에서 24개 및 48개 채널로 확장 가능하다. 이는 최대 0.5페타비트/초를 제공할 수 있다. 작은 국가 전체 네트워크보다 많다.

셋째, 비용: 광학 트랜시버는 여전히 구리보다 비싸다. 프로젝트 제안서에서 IBM은 프로토타입 개발 비용을 1천만 달러로 추정했다. 대량 생산 시 가격은 하락하겠지만, 초기 NorthStar는 엄청난 비용이 들 것이다. 상위 플레이어(Google, Amazon, Microsoft, Nvidia)만이 감당할 수 있다. 나머지는 2-3년을 기다려야 한다.

예측: 향후 30일 및 90일

30일 후(2026년 6월 말):

• 라이선스 계약 발표: IBM이 첫 두 NorthStar 라이선스 사용자를 발표할 것이다. 하나는 삼성(이미 참여). 두 번째는 TSMC가 아닌 대만 회사(아마 UMC 또는 VIS). TSMC는 처음에 자체 경로(CoWoS—하지만 구리)가 있다고 주장하겠지만, 6개월 안에 굴복할 것이다.
• Intel 주가 6-8% 하락: Morgan Stanley 분석가가 'Intel 패키징, 구식?'이라는 제목의 보고서를 발표할 것이다. 투자자들은 패닉에 빠지겠지만, Intel은 고가 광학이 필요 없는 고객을 위해 2-3년 더 EMIB를 판매할 것이다.
• Nvidia의 대응: Nvidia가 급히 기자회견을 열어 '차세대 광학 NVLink'를 발표할 것이다. 작동하는 칩 없이 마케팅 대응일 것이다.

90일 후(2026년 8월):

• IBM 슈퍼컴퓨터의 NorthStar: IBM이 Oak Ridge 국립연구소(미국)용 NorthStar 기반 새 슈퍼컴퓨터를 발표할 것이다. 3억 달러 계약. 이 컴퓨터는 현재 선두주자 Frontier보다 두 배 강력하지만 동일한 전력을 소비할 것이다.
• 중국의 '대응': NorthStar에 접근할 수 없으므로(수출 통제), 중국은 광전자 칩 프로그램을 가속화할 것이다. '획기적'인 90nm에서 500Gbps(세대 차이)를 발표할 것이다. 하지만 없는 것보다 낫다.
• 표준화 시작: IEEE(전기전자공학자협회)가 온칩 광학 인터커넥트 표준화를 위한 작업 그룹을 소집할 것이다. IBM이 NorthStar를 기반으로 제안할 것이다. 경쟁사(Intel, Nvidia)는 자체 표준을 밀어붙이려 할 것이다. 3년간 지속될 표준화 전쟁이 시작된다.

결론: NorthStar는 칩이 아니다. 아키텍처 패러다임이다. IBM이 말했다: '무어의 법칙은 죽었다? 광자 법칙 만세!' 트랜지스터는 더 이상 2년마다 두 배가 되지 않지만, 광학에서 빛의 속도는 일정하다. 다음 10년은 광집적회로(PIC)의 깃발 아래 있을 것이다. 그리고 그것은 2026년 5월 26일에 시작되었다. 향후 5년 안에 광학으로 전환하지 않는 모든 회사는 죽을 것이다. 이것은 예측이 아니라 진단이다.

— Editorial Team