마이크로 LED와 CPO 기술의 융합 솔루션으로 신시장 확대 기대
생성형 AI가 전 세계 컴퓨팅 파워 경쟁을 촉발하면서, 데이터센터의 고속 전송 병목 현상이 AI 인프라 업그레이드를 제약하는 핵심 장애물로 부상하고 있다. 칩 내부 연산 속도는 비약적으로 빨라졌으나, 칩과 칩들 사이를 연결하는 구리 배선은 저항과 열 발생 문제로 인해 데이터 전송 속도를 따라가지 못하고 있다. 차세대 초고속·초저전력 광 인터커넥트 솔루션은 전통적인 구리 케이블 인터커넥트의 핵심 대체 옵션으로 자리매김하며, AI 컴퓨팅 센터와 데이터센터의 전송 난제에 새로운 해법을 제시하고 있다. 마이크로 LED는 이 문제를 해결할 최적의 광원으로 주목받으며, AI 인프라의 ‘에너지 장벽’을 해결하는 핵심 기술이 될 수 있다.
3월초 중국의 마이크로 LED 관련주들의 주식이 크게 상승했었다. 자금이 몰려들며 매수세를 보인 배경에는 마이크로 LED CPO(Co-Packaged Optics) 기술의 부상이 있다. 최근 대만과 중국을 포함해 마이크로 LED 업체들은 디스플레이 제품 이외에 ‘비(非) 디스플레이 분야’ 인 광통신 및 광센서 시장 영역에서도 개발에 박차를 가하고 있다.
PlayNitride 업체는 고속 변조가 가능한 통신 전용 Micro-LED 칩 개발과 초고해상도 LEDos 기술을 광연결용 어레이로 전환하는 R&D를 강화하고 있다. 올해 1월 Brillink와의 파트너십을 발표하며 마이크로LED 기반 광학 인터커넥트 솔루션을 공동 개발하기로 했다고 발표한 바 있다. AUO는 디스플레이 공급망을 활용하여 차세대 AI 서버용 CPO 시장 진입을 준비 중이다. 자회사이자 LED 칩 제조사인 Ennostar의 마이크로 LED 리소스와 광수신기(Receiver) 기술력을 가진 Tyntek의 기술을 결합하여 계열화를 시도하고 있다. 중국 최대 디스플레이 업체인 BOE는 자회사 HC-Semitek과 협력하여 8인치 GaN on Si 기반의 Micro-LED 양산 체제를 구축했으며, 중국 정부의 ‘반도체 자립’ 전략에 맞춰, AI 칩셋 간 광연결을 위한 저비용 광원 공급망을 구축하는 중이다.
데이터센터의 고속 전송 병목 현상을 해결하기 위한 CPO(Co-Packaged Optics) 패키징 기술 로드맵. (출처: Micromachines 2025, 16, 1037)
마이크로 LED 가 최적의 광원으로 주목받는 이유는 다음과 같다.
- 초고속 변조 원리: 마이크로 LED는 크기가 작을수록 RC 지연(RC Delay)이 감소하고 전류 밀도를 높일 수 있어, 수 GHz 이상의 초고속 변조 대역폭을 확보할 수 있다. 이는 단일 픽셀당 수 Gbps의 데이터 전송을 가능케 한다.
- 에너지 효율성: 레이저 광원(VCSEL)과 달리 공진기 구조가 필요 없어 구동 전력이 매우 낮다. ~1 pJ/bit 수준의 효율은 AI 데이터센터의 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 유일한 대안이 될 수 있다.
- 고밀도 패키징: μm 단위의 피치(Pitch)로 수천 개의 광원을 HBM(고대역폭 메모리)이나 GPU 다이(Die) 위에 직접 통합(Monolithic/Hybrid Integration)할 수 있어, 면적 대비 데이터 전송 밀도를 극대화할 수 있다.
기존의 디스플레이용 마이크로 LED가 색 재현성, 휘도 등에 집중했다면, 광연결용 솔루션은 반도체 공정과의 정합성이 핵심이다. 기존 4인치, 6인치 사파이어 웨이퍼 방식에서 벗어나 8인치 및 12인치 GaN on Si(실리콘 기판 위 질화갈륨) 공정이 도입되면서, 기존 반도체 팹(Fab) 장비를 그대로 사용할 수 있게 된다. 이는 제조 단가를 낮출 뿐만 아니라, CMOS 드라이버 IC와 마이크로 LED를 하나의 패키지로 통합하는 ‘Monolithic Integration’을 가능하게 하여 광연결 솔루션의 상용화를 앞당길수 있다.
전문가들은 향후 마이크로 LED가 단순한 ‘화면’에서 벗어나 AI 반도체의 성능을 결정짓는 소자로 인정받는 시기가 올 것으로 보고 있다. 마이크로 LED 산업이 대량 생산 비용 감소와 광 인터커넥션 적용 시나리오 기술 타당성 검증이라는 두 핵심 분야에서 돌파구를 마련한다면, 마이크로 LED는 스마트워치, AR 스마트 안경 등 소비자 전자 디스플레이 영역을 벗어나 점차 신시장을 열어 줄 것이며, 시장 규모 또한 크게 확장이 가능할 것이다.
유비리서치 김남덕 애널리스트(ndkim@ubiresearch.com)
101 inch Micro-LED Set BOM Cost Analysis For TVs
XR용 Micro-LED Display 산업 동향 및 기술 보고서
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