2021.02.01

“빠르고도 효율적으로” 이더넷 혁신으로 촉발된 속도와 전력 소비 갈등

Michael Cooney | Network World
400G 이더넷으로의 전환은 지금까지 주로 하이퍼스케일러와 통신사 네트워크에 국한된 이벤트였지만, 사용자와 데이터센터 고객의 기대치는 궁극적으로 최소 800Gbps, 또는 더 빠른 1.6Tbps를 향하고 있다. 
 
ⓒ Getty Images Bank

이더넷 네트워킹 공상가들이 보기에 800Gbps는 충분히 달성 가능한 목표로 보이지만, 실제 이 정도의 속도를 내기 위해서는 광학, 전력, 아키텍처 등의 측면에서 풀어야 할 과제가 상당히 많다. 

데이터센터와 클라우드 서비스에서 더 빠른 속도가 필요한 이유는 많다. 예를 들어, 구글이나 아마존, 페이스북과 같은 하이퍼스케일 네트워크의 지속적인 성장도 있고, 더욱 분산된 클라우드, AI, 비디오, 모바일 애플리케이션 워크로드도 있다. 모두 현재와 미래의 네트워크로 지원해야 한다. 

트래픽 증가 역시 또 다른 견인 요소다. 2020년 4월에 발표된 IEEE 802.3 산업 연결 이더넷 대역폭 평가 보고서에 따르면, 월별 글로벌 IP 트래픽은 2017년 177엑사바이트(EB)에서 2022년에는 396EB까지 늘어날 전망이다. 이 보고서는 사용자 수 증가, 액세스 속도와 방법의 증가, 서비스의 증가와 같은 기반 요소들이 모두 지속적인 대역폭 수요의 증가를 가리키고 있다고 강조했다. 

더 빠른 이더넷 기술을 위한 업계의 활동도 활발하다. 예를 들어 IEEE와 IEEE 표준 연합은 2020년 말에 IEEE 802.3 비욘드 400Gbps(IEEE 802.3 Beyond 400 Gbps)라는 이더넷 스터디 그룹을 구성했다. 퓨처와이 테크놀로지스(Futurewei Technologies)의 특별 엔지니어 존 댐브로시아는 스터디 그룹 구성 성명에서 “400G를 넘어서는 이더넷을 향하는 길은 있지만, 이더넷 속도를 다음 단계로 도약시키기 위해서는 고려해야 할 선택지와 물리적 과제가 상당히 많다”고 말했다. 

또한 작년 말 광학 인터네트워킹 포럼(Optical Internetworking Forum: OIF)은 800G 코히런트(800G Coherent) 프로젝트를 포함해서 더 높은 속도의 이더넷을 위한 새로운 프로젝트를 출범했다. 구글의 광학 네트워킹 기술 부문 기술 리드이자 OIF 부사장인 태드 호프마이스터에 따르면, 이런 활동은 캠퍼스 및 데이터센터 인터커넥트 애플리케이션용으로 상호 호환 가능한 800G 코히런트 회선 사양을 정의하는 것이 목표이다. 기본적으로 고속 스위치 장비의 장거리 통신 방법을 정의하는 작업이다.

최근 열린 이더넷 연합(Ethernet Alliance)의 기술 연구 포럼(TEF)에는 댐브로시아와 호프마이스터를 비롯해 시스코, 주니퍼, 구글, 페이스북, 마이크로소프트를 포함한 업계 대표 기업의 여러 전문가가 차세대 이더넷 속도와 관련한 사안과 요구사항을 논의하기 위해 참여했다. 
 

이더넷 속도의 발목을 잡는 전력 소비

400Gbps 이상으로 가기 위한 과정에서 해결해야 할 중대한 과제 중 하나는 시스템 구동을 위한 전력이다. 

시스코 연구 위원인 라케시 초프라는 TEF에서 “전력은 지속 불가능한 속도로 증가하고 있다. 무엇을 구축, 배포할 수 있는지, 그리고 설비에서 무엇을 유지할 수 있는지가 전력에 의해 제한되므로 결국 전력 문제를 해결해야 한다. 비트당 전력은 계속 개선됐다. 대역폭을 80배로 늘릴 수 있지만, 이를 위해 필요한 전력은 22배로 커진다. 네트워크에 전력을 더 많이 소비할수록 배포할 수 있는 서버는 줄어든다. 장비를 얼마나 작게 쪼갤 수 있느냐의 문제가 아닌 효율성을 얼마나 높이느냐의 문제”라고 설명했다. 

델오로 그룹(Dell’Oro Group)의 선임 이사 사메 부젤빈은 전력은 400G를 초과하는 속도에서 가장 큰 제약 요소라며, “전력은 이미 하이퍼스케일러에서 더 높은 속도를 구현하는 데 영향을 미치고 있다. 기존 전력 예산 내에서 다양한 기술 요소가 효율적으로 작동할 때까지 기다려야 하기 때문이다. 이 문제는 속도가 높아질수록 더 커진다”고 지적했다. 

마이크로소프트 애저 하드웨어 시스템 그룹의 수석 엔지니어인 브래드 부스는 “대역폭과 전력 중 어디에서 먼저 벽에 부딪치느냐가 관건”이라면서 “지금 사용하는 것과 동일한 기술을 계속 사용한다면 전력을 감당하지 못할 것이다. 점점 더 많은 전력이 필요하지만 전력에는 한계가 있다. 지금 구축되는 설비와 지원 인프라를 통해 가용한 것에 의존해야 한다”고 말했다. 
 

광학계와 스위치 결합한 CPO에 기대

부스는 DARPA를 비롯한 많은 업계 및 연구 기관이 개선된 전력으로 더 높은 대역폭 밀도를 구축하는 방법을 연구 중이라고 전했다. 여기에는 창의적인 해답이 필요하다. 부젤빈은 “미래 데이터센터 네트워크에는 광자 혁신과 최적화된 네트워크 아키텍처의 조합이 필요할 수 있다”고 말했다. 

이러한 잠재적인 혁신 중 하나로, 브로드컴과 시스코, 인텔 등이 함께 개발 중인 코패키지드 옵틱스(Co-Packaged Optics: CPO)가 있다. CPO는 전력 소비량을 대폭 낮추기 위해 현재 분리된 광학계와 스위치 반도체를 하나의 패키지로 묶는다. 

페이스북의 기술 소싱 관리자인 롭 스톤은 “CPO는 전력 감소 측면에서 큰 진전이며, 전력 및 밀도 저감 효과를 제공해 차세대 시스템 확장을 지원한다”고 설명했다. 800GbE 사양의 완성을 발표한 이더넷 기술 컨소시엄의 기술 워킹 그룹 의장이기도 한 스톤은 “필요한 것은 폭넓은 도입을 위한 표준 지원 CPO 생태계”라고 덧붙였다. 

CPO 웹사이트의 성명서에서 페이스북과 마이크로소프트는 “스위치 광학 전기 인터페이스의 전력 소비량을 줄이는 방법으로 데이터센터 트래픽 증가에 대처하기 위해 두 회사가 함께 CPO 사양을 개발 중이다. 광학 및 스위치 솔루션 업체가 공동 패키징 솔루션을 신속하게 개발하고 다양한 공급업체 생태계 구축을 지원하기 위해서는 공개된 공통 시스템 사양이 필요하다”고 밝혔다. 

OIF는 하나 이상의 ASIC이 포함된 공동 패키징 통신 인터페이스를 위한 애플리케이션 영역 및 관련 기술 고려 사항을 포괄하는 사양인 코패키징 프레임워크(Co-Packaging Framework)도 연구 중이다. 호프마이스터는 이 사양의 일차적인 목표는 OIF 또는 다른 표준 기구의 향후 연구 활동을 위한 상호운용성 표준의 새로운 기회를 발굴하는 것이라고 설명했다. 
 

시작 단계 들어선 대대적인 전환과 과제

그러나 전문가들은 CPO는 갈 길이 멀다고 지적한다. 시스코의 초프라는 최근 CPO에 대해 쓴 블로그 글에서 “CPO를 사용하는 시스템의 아키텍처, 설계, 배포, 운영은 매우 어려운 작업이며, 따라서 더 늦기 전에 시작하는 것이 중요하다. 현재 서비스 업체와 웹 스케일 네트워크를 보면 랙 외부의 링크는 대부분 광 케이블이지만 랙 내의 배선은 구리다. 속도가 증가하면 긴 구리 링크를 광통신으로 전환해야 한다. 최종적으로는 실리콘 패키지에서 나오는 모든 링크는 전기가 아닌 광 통신이 될 것”이라고 설명했다. 

주니퍼 네트웍스 엔지니어인 데이비드 오펠트는 “속도를 더 올리기가 갈수록 어려워지고 있다. 기존의 방식으로 차세대 속도와 더 높은 밀도를 지원하는 시스템을 구축할 수 있을지 여부는 아직 알 수 없다. 가능하다 해도 그 결과가 최종 사용자 관점에서 허용 가능한 수준이 될지 확실하지 않다”고 지적했다. 

오펠트는 더 빠른 이더넷 속도를 지원하는 기술이 대량으로, 적절한 패키징 및 시스템 지원과 함께 나오기까지는 앞으로도 많은 시간이 걸릴 것이라면서 “그 이유는 표준화의 진행 속도가 느린 것이 아니라 대규모 생태계 구축의 현실적인 문제에 있다”고 덧붙였다. 

더 높은 속도로의 대대적인 전환에서 또 하나의 문제는 도입률 격차가 상당히 클 수 있다는 점이다. 

예를 들어 기업 고객의 대다수는 향후 2~5년 내에 10G에서 25G로 전환하게 되고, 이러한 기업의 상당수에서 다음 단계의 속도는 50G~100G가 될 전망이다. 그러나 시장조사 업체 라이트카운팅(LightCounting)의 창업자이자 CEO인 블래드 코즐로브는 네트워크 엣지의 무선에 대한 기대치로 인해 이 전망에 변화가 생길 수 있다면서 “디지털 서비스에 대한 의존도가 높거나 이러한 서비스를 제공하는 기업은 향후 2~5년 내에 100G에서 400G로 전환하게 되고, 그 다음 속도는 800G 또는 1.6T가 될 것이다. 한편 대역폭 사용량이 많은 AI 서비스로 인해 향후 이 상황이 바뀔 수도 있다. 대다수 기업에 운영을 모니터링하는 비디오를 전송하기 위해 더 빠른 연결이 필요할 것이기 때문”이라고 말했다. 

댐브로시아는 TEF에서 결국 실질적으로 필요한 것은 400Gbps를 넘어서는 미래의 대역폭 수요를 지원하기 위한 유연한 기반 아키텍처라며 “할 일은 많고, 우리는 그 일을 이제 막 시작한 단계”라고 말했다. editor@itworld.co.kr


2021.02.01

“빠르고도 효율적으로” 이더넷 혁신으로 촉발된 속도와 전력 소비 갈등

Michael Cooney | Network World
400G 이더넷으로의 전환은 지금까지 주로 하이퍼스케일러와 통신사 네트워크에 국한된 이벤트였지만, 사용자와 데이터센터 고객의 기대치는 궁극적으로 최소 800Gbps, 또는 더 빠른 1.6Tbps를 향하고 있다. 
 
ⓒ Getty Images Bank

이더넷 네트워킹 공상가들이 보기에 800Gbps는 충분히 달성 가능한 목표로 보이지만, 실제 이 정도의 속도를 내기 위해서는 광학, 전력, 아키텍처 등의 측면에서 풀어야 할 과제가 상당히 많다. 

데이터센터와 클라우드 서비스에서 더 빠른 속도가 필요한 이유는 많다. 예를 들어, 구글이나 아마존, 페이스북과 같은 하이퍼스케일 네트워크의 지속적인 성장도 있고, 더욱 분산된 클라우드, AI, 비디오, 모바일 애플리케이션 워크로드도 있다. 모두 현재와 미래의 네트워크로 지원해야 한다. 

트래픽 증가 역시 또 다른 견인 요소다. 2020년 4월에 발표된 IEEE 802.3 산업 연결 이더넷 대역폭 평가 보고서에 따르면, 월별 글로벌 IP 트래픽은 2017년 177엑사바이트(EB)에서 2022년에는 396EB까지 늘어날 전망이다. 이 보고서는 사용자 수 증가, 액세스 속도와 방법의 증가, 서비스의 증가와 같은 기반 요소들이 모두 지속적인 대역폭 수요의 증가를 가리키고 있다고 강조했다. 

더 빠른 이더넷 기술을 위한 업계의 활동도 활발하다. 예를 들어 IEEE와 IEEE 표준 연합은 2020년 말에 IEEE 802.3 비욘드 400Gbps(IEEE 802.3 Beyond 400 Gbps)라는 이더넷 스터디 그룹을 구성했다. 퓨처와이 테크놀로지스(Futurewei Technologies)의 특별 엔지니어 존 댐브로시아는 스터디 그룹 구성 성명에서 “400G를 넘어서는 이더넷을 향하는 길은 있지만, 이더넷 속도를 다음 단계로 도약시키기 위해서는 고려해야 할 선택지와 물리적 과제가 상당히 많다”고 말했다. 

또한 작년 말 광학 인터네트워킹 포럼(Optical Internetworking Forum: OIF)은 800G 코히런트(800G Coherent) 프로젝트를 포함해서 더 높은 속도의 이더넷을 위한 새로운 프로젝트를 출범했다. 구글의 광학 네트워킹 기술 부문 기술 리드이자 OIF 부사장인 태드 호프마이스터에 따르면, 이런 활동은 캠퍼스 및 데이터센터 인터커넥트 애플리케이션용으로 상호 호환 가능한 800G 코히런트 회선 사양을 정의하는 것이 목표이다. 기본적으로 고속 스위치 장비의 장거리 통신 방법을 정의하는 작업이다.

최근 열린 이더넷 연합(Ethernet Alliance)의 기술 연구 포럼(TEF)에는 댐브로시아와 호프마이스터를 비롯해 시스코, 주니퍼, 구글, 페이스북, 마이크로소프트를 포함한 업계 대표 기업의 여러 전문가가 차세대 이더넷 속도와 관련한 사안과 요구사항을 논의하기 위해 참여했다. 
 

이더넷 속도의 발목을 잡는 전력 소비

400Gbps 이상으로 가기 위한 과정에서 해결해야 할 중대한 과제 중 하나는 시스템 구동을 위한 전력이다. 

시스코 연구 위원인 라케시 초프라는 TEF에서 “전력은 지속 불가능한 속도로 증가하고 있다. 무엇을 구축, 배포할 수 있는지, 그리고 설비에서 무엇을 유지할 수 있는지가 전력에 의해 제한되므로 결국 전력 문제를 해결해야 한다. 비트당 전력은 계속 개선됐다. 대역폭을 80배로 늘릴 수 있지만, 이를 위해 필요한 전력은 22배로 커진다. 네트워크에 전력을 더 많이 소비할수록 배포할 수 있는 서버는 줄어든다. 장비를 얼마나 작게 쪼갤 수 있느냐의 문제가 아닌 효율성을 얼마나 높이느냐의 문제”라고 설명했다. 

델오로 그룹(Dell’Oro Group)의 선임 이사 사메 부젤빈은 전력은 400G를 초과하는 속도에서 가장 큰 제약 요소라며, “전력은 이미 하이퍼스케일러에서 더 높은 속도를 구현하는 데 영향을 미치고 있다. 기존 전력 예산 내에서 다양한 기술 요소가 효율적으로 작동할 때까지 기다려야 하기 때문이다. 이 문제는 속도가 높아질수록 더 커진다”고 지적했다. 

마이크로소프트 애저 하드웨어 시스템 그룹의 수석 엔지니어인 브래드 부스는 “대역폭과 전력 중 어디에서 먼저 벽에 부딪치느냐가 관건”이라면서 “지금 사용하는 것과 동일한 기술을 계속 사용한다면 전력을 감당하지 못할 것이다. 점점 더 많은 전력이 필요하지만 전력에는 한계가 있다. 지금 구축되는 설비와 지원 인프라를 통해 가용한 것에 의존해야 한다”고 말했다. 
 

광학계와 스위치 결합한 CPO에 기대

부스는 DARPA를 비롯한 많은 업계 및 연구 기관이 개선된 전력으로 더 높은 대역폭 밀도를 구축하는 방법을 연구 중이라고 전했다. 여기에는 창의적인 해답이 필요하다. 부젤빈은 “미래 데이터센터 네트워크에는 광자 혁신과 최적화된 네트워크 아키텍처의 조합이 필요할 수 있다”고 말했다. 

이러한 잠재적인 혁신 중 하나로, 브로드컴과 시스코, 인텔 등이 함께 개발 중인 코패키지드 옵틱스(Co-Packaged Optics: CPO)가 있다. CPO는 전력 소비량을 대폭 낮추기 위해 현재 분리된 광학계와 스위치 반도체를 하나의 패키지로 묶는다. 

페이스북의 기술 소싱 관리자인 롭 스톤은 “CPO는 전력 감소 측면에서 큰 진전이며, 전력 및 밀도 저감 효과를 제공해 차세대 시스템 확장을 지원한다”고 설명했다. 800GbE 사양의 완성을 발표한 이더넷 기술 컨소시엄의 기술 워킹 그룹 의장이기도 한 스톤은 “필요한 것은 폭넓은 도입을 위한 표준 지원 CPO 생태계”라고 덧붙였다. 

CPO 웹사이트의 성명서에서 페이스북과 마이크로소프트는 “스위치 광학 전기 인터페이스의 전력 소비량을 줄이는 방법으로 데이터센터 트래픽 증가에 대처하기 위해 두 회사가 함께 CPO 사양을 개발 중이다. 광학 및 스위치 솔루션 업체가 공동 패키징 솔루션을 신속하게 개발하고 다양한 공급업체 생태계 구축을 지원하기 위해서는 공개된 공통 시스템 사양이 필요하다”고 밝혔다. 

OIF는 하나 이상의 ASIC이 포함된 공동 패키징 통신 인터페이스를 위한 애플리케이션 영역 및 관련 기술 고려 사항을 포괄하는 사양인 코패키징 프레임워크(Co-Packaging Framework)도 연구 중이다. 호프마이스터는 이 사양의 일차적인 목표는 OIF 또는 다른 표준 기구의 향후 연구 활동을 위한 상호운용성 표준의 새로운 기회를 발굴하는 것이라고 설명했다. 
 

시작 단계 들어선 대대적인 전환과 과제

그러나 전문가들은 CPO는 갈 길이 멀다고 지적한다. 시스코의 초프라는 최근 CPO에 대해 쓴 블로그 글에서 “CPO를 사용하는 시스템의 아키텍처, 설계, 배포, 운영은 매우 어려운 작업이며, 따라서 더 늦기 전에 시작하는 것이 중요하다. 현재 서비스 업체와 웹 스케일 네트워크를 보면 랙 외부의 링크는 대부분 광 케이블이지만 랙 내의 배선은 구리다. 속도가 증가하면 긴 구리 링크를 광통신으로 전환해야 한다. 최종적으로는 실리콘 패키지에서 나오는 모든 링크는 전기가 아닌 광 통신이 될 것”이라고 설명했다. 

주니퍼 네트웍스 엔지니어인 데이비드 오펠트는 “속도를 더 올리기가 갈수록 어려워지고 있다. 기존의 방식으로 차세대 속도와 더 높은 밀도를 지원하는 시스템을 구축할 수 있을지 여부는 아직 알 수 없다. 가능하다 해도 그 결과가 최종 사용자 관점에서 허용 가능한 수준이 될지 확실하지 않다”고 지적했다. 

오펠트는 더 빠른 이더넷 속도를 지원하는 기술이 대량으로, 적절한 패키징 및 시스템 지원과 함께 나오기까지는 앞으로도 많은 시간이 걸릴 것이라면서 “그 이유는 표준화의 진행 속도가 느린 것이 아니라 대규모 생태계 구축의 현실적인 문제에 있다”고 덧붙였다. 

더 높은 속도로의 대대적인 전환에서 또 하나의 문제는 도입률 격차가 상당히 클 수 있다는 점이다. 

예를 들어 기업 고객의 대다수는 향후 2~5년 내에 10G에서 25G로 전환하게 되고, 이러한 기업의 상당수에서 다음 단계의 속도는 50G~100G가 될 전망이다. 그러나 시장조사 업체 라이트카운팅(LightCounting)의 창업자이자 CEO인 블래드 코즐로브는 네트워크 엣지의 무선에 대한 기대치로 인해 이 전망에 변화가 생길 수 있다면서 “디지털 서비스에 대한 의존도가 높거나 이러한 서비스를 제공하는 기업은 향후 2~5년 내에 100G에서 400G로 전환하게 되고, 그 다음 속도는 800G 또는 1.6T가 될 것이다. 한편 대역폭 사용량이 많은 AI 서비스로 인해 향후 이 상황이 바뀔 수도 있다. 대다수 기업에 운영을 모니터링하는 비디오를 전송하기 위해 더 빠른 연결이 필요할 것이기 때문”이라고 말했다. 

댐브로시아는 TEF에서 결국 실질적으로 필요한 것은 400Gbps를 넘어서는 미래의 대역폭 수요를 지원하기 위한 유연한 기반 아키텍처라며 “할 일은 많고, 우리는 그 일을 이제 막 시작한 단계”라고 말했다. editor@itworld.co.kr


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