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전력, AI의 다음 물리 장벽

랙당 1 MW 시대를 앞두고 파워 서플라이 체인 전체가 재설계 국면 — 옵틱스 다음은 파워다

2025년 5월 8일출연: Austin Lyons (Chip Strat) · Vik Shaker (Vik's Newsletter) · 테마: 데이터센터 전력, 파워 반도체, EV→DC 전환, Coherent / InP 레이저

3줄 요약

Rubin Ultra가 들어가는 Kyber 랙은 600 kW/랙이고 차세대 목표는 1 MW/랙 — 클라우드 시대 대비 100배다. 전력이 반도체 업계의 다음 물리 장벽.
48 V 아키텍처를 고집하면 600 kW 기준 12,500 A가 흘러야 하고, 손실은 전류의 제곱에 비례해 폭증. 해법은 800 V 고전압으로 전류를 750 A까지 낮추는 것.
EV용 SiC/GaN 파워 반도체 생태계가 데이터센터로 이식 중. 48 V 재사용 vs. 6~12 V 직접 변환 구도의 아키텍처 전쟁이 아직 미결.

한눈에 — 다룬 종목·테마

종목/테마	발언자	톤	핵심 한 줄
1 MW 랙 / 전력 물리 장벽	Vik Shaker	긴박	Rubin Ultra Kyber 랙 600 kW, 차세대 1 MW — 전력이 HBM·옵틱스 다음 병목
800 V 아키텍처 전환	Vik Shaker	Bullish	EV용 SiC/GaN 파워 반도체 생태계를 데이터센터로 직수입, 전류 12,500 A → 750 A
VRM·버스 컨버터 공급망	Vik Shaker	기회	전력 변환 체인 각 단계마다 별개 플레이어 — HBM처럼 과점 아닌 광활한 오픈 마켓
$COHR / InP 레이저 6인치 전환	Austin Lyons	Bullish	6인치 웨이퍼로 다이 4배↑·비용 절반, 스웨덴 2번째 사이트 병행 가동

AI 전력 물리 장벽긴박

클라우드 시대 15 kW에서 AI 시대 1 MW/랙으로 — 100배 점프가 물리 법칙과 충돌한다

Vik Shaker · Substack 기고 기반 심층 해설 ·

💡 핵심 통찰

구리 인터커넥트를 옵틱스로 몰아냈던 것이 저항(resistance)이라는 물리 법칙이었듯, 이제 같은 물리 법칙이 저전압 파워 아키텍처를 고전압으로 몰아낼 것이다. 옵틱스 붐과 InP 쇼티지를 보고 투자 기회를 포착했다면, 파워 변환 체인에서 동일한 구조적 기회가 열리는 중이다.

클라우드 시대 랙 전력

~15 kW/랙

현 AI 가속기 랙

100~120 kW/랙

Kyber (Rubin Ultra)

600 kW/랙

차세대 목표

1 MW/랙

무슨 얘기였나: Vik Shaker는 Rubin Ultra가 들어가는 Nvidia Kyber 랙이 600 kW/랙을 소비하고, 그 다음 세대는 1 MW/랙이 목표라는 점을 짚었다. 클라우드 초기 랙이 10~15 kW였으니 한 세대 만에 약 100배가 뛴 셈이다. 데이터센터 하나, 그리고 여러 데이터센터를 연결하는 스케일아웃 구조까지 감안하면 총 전력 수요는 상상을 초월한다.

왜 물리 장벽인가: 고속 신호를 구리로 보내면 스킨 이펙트(전류가 도선 표면에만 집중)로 유효 저항이 폭증, 결국 옵틱스로 전환이 불가피했다. 파워에서도 동일한 논리가 작동한다. 전력(P) = 전압(V) × 전류(I)이고, 저항에서의 손실은 I²×R다. 즉 전류가 높아질수록 손실은 제곱으로 늘어난다.

"옵틱스 세계에서 구리를 몰아낸 것이 저항이라는 물리 법칙이었고, 파워 세계에서도 저전압 시스템을 몰아낼 것은 정확히 같은 저항이다." — Vik Shaker

쉽게 풀어보기 — 스킨 이펙트 vs. 옴의 법칙 저항

스킨 이펙트: 고속 AC 신호가 흐를 때 전류가 도선 표면에만 몰리는 현상. 구리 굵기가 아무리 커도 실제 사용 단면이 줄어 저항 증가.
I²R 손실 (옴의 법칙): 전류가 2배 오르면 손실은 4배 증가. 12,500 A vs. 750 A 비교 시 손실 차이는 단순 계산으로 약 278배.
P = IV: 전력 = 전압 × 전류. 전압을 올리면 같은 전력에서 전류를 줄일 수 있음.

800 V 아키텍처 / EV→DC 전환Bullish

EV가 키운 SiC·GaN 파워 반도체, 이제 데이터센터로 들어온다

Vik Shaker ·

💡 핵심 통찰

600 kW 랙에 48 V를 그대로 쓰면 12,500 A가 흐른다. 800 V로 올리면 750 A로 떨어진다. 손실은 전류의 제곱이므로 전류가 약 17분의 1로 줄면 손실은 약 280분의 1 수준. 이 단순한 물리가 EV 업계 파워 반도체 생태계를 데이터센터로 끌어들이는 드라이버다.

48 V 유지 시 전류 (600 kW)

12,500 A (12.5 kA)

800 V 전환 시 전류

750 A (~17배 감소)

손실 개선 배율 (I² 기준)

약 100~280배 낮아짐

왜 800 V인가: EV 트랙션 인버터가 이미 800 V 표준화를 마쳤고, 이를 위한 IGBT·SiC·GaN 등 와이드밴드갭 반도체 생태계가 성숙해 있다. 자동차용 부품은 고온·진동·변동 환경에서도 작동하도록 설계됐고, 데이터센터의 열 환경을 충분히 견딜 수 있다.

점오브로드(Point of Load) 전략: 광신호를 칩 바로 옆에서 전기로 바꾸듯(CPO 개념), 전압도 칩 최대한 가까이까지 고전압을 유지하다가 마지막 단계에서만 낮춰야 한다. GPU 아래에 컨버터를 탑재하는 버티컬 파워 딜리버리가 그 구현이다.

변환 단계 구조 (그리드 → GPU): 수십만 V 송전 → 중압 변전소(10~30 kV, AC) → 유틸리티룸(400~430 V, 3상 AC) → 랙 PSU(48 V DC) → 중간 버스 컨버터(12 V 또는 6 V) → VRM(0.65~1 V, GPU 전원). 단계마다 다른 기술·공급업체가 존재한다.

"옵틱스 세계에서 신호를 칩 가까이까지 빛으로 유지하듯, 파워도 가능한 한 높은 전압을 칩 가까이까지 유지하다 마지막에 변환해야 한다." — Vik Shaker

아키텍처 전쟁 — 아직 결판 안 남: 800 V → 48 V → 12/6 V → GPU로 기존 48 V 인프라를 재사용하는 방식과, 800 V → 6 V로 48 V 단계를 건너뛰는 방식이 경쟁 중이다. TI, Navitas 등은 직접 변환 진영이고, 기존 48 V 장비 업체들은 당연히 현상 유지를 선호한다. 변환 단계가 줄수록 효율이 높아지므로 기술적으로는 단계 생략이 유리하지만, 표준화·설계 자산 재활용 면에서는 기존 구조 활용이 편하다. Nvidia도 이 문제를 검토 중이라고 Vik은 언급했다.

쉽게 풀어보기 — 파워 변환 토폴로지

LLC 컨버터: 큰 변압기로 AC 전압을 단계적으로 내리는 방식. 정밀한 전압 조절보다는 '대략적 변환'에 쓰임.
동기식 벅 컨버터 (Synchronous Buck): 트랜지스터를 빠르게 껐다 켜서 평균 전압을 낮추는 방식. 듀티 사이클(ON 시간 비율)로 출력 전압 조절.
VRM (Voltage Regulator Module): GPU에 0.65~1 V의 정밀하게 조절된 전압을 공급하는 마지막 단계. 데이터센터 내 가장 수량이 많은 파워 부품.
와이드밴드갭 반도체: SiC(실리콘카바이드), GaN(질화갈륨) 등 고전압·고온에서도 동작 가능한 차세대 파워 반도체. 기존 실리콘 IGBT보다 효율 우수.

파워 변환 공급망 전체기회

"HBM은 세 회사가 같은 방식으로 쌓는 닫힌 문제 — 파워는 완전히 열린 문제다"

Vik Shaker ·

💡 핵심 통찰

HBM 시장은 사실상 3개 업체가 동일 기술로 경쟁하는 과점이지만, 파워 변환 체인은 그리드부터 GPU까지 수십 개의 기술·표준·업체가 뒤섞인 광활한 오픈 마켓이다. 투자 기회도 그만큼 분산·다층적이고, 아직 표준이 정해지지 않은 구간(특히 800 V 변환 단계)이 가장 큰 신규 소켓이 될 것.

구간별 기술 분류: 수십만 V 송전·변전(대형 변압기·인덕터 코일), 중압 변환(LLC 컨버터), PSU(48 V 변환), 중간 버스 컨버터(48 V → 12 V 또는 6 V), VRM(12/6 V → 0.65~1 V). 각 구간이 별개 공급업체 생태계를 가진다.

VRM이 숫자는 가장 많다: GPU 한 대당 여러 개의 VRM이 필요하고, 대형 데이터센터의 GPU 수를 감안하면 VRM은 데이터센터 내 파워 부품 중 물량 기준으로 압도적 1위다. 현재 이 시장은 소수 업체가 지배하고 있다.

새 소켓의 의미: 800 V→중간전압 변환 단계는 기존 데이터센터에 없던 완전히 새로운 하드웨어 슬롯이다. 옵틱스에서 CPO(공동 패키지 옵틱스)가 새 소켓을 만들었듯, 이 고전압 변환 모듈이 차세대 하드웨어 소켓이 될 것이라고 Vik은 전망했다.

"모두가 InP가 뭔지, 레이저 쇼티지가 왜 있는지, 코히어런트 옵틱스가 뭔지 알게 됐듯이, 이제는 파워 변환 토폴로지를 들을 날이 온다. 훨씬 더 넓고 복잡하지만." — Vik Shaker

$COHR / InP 6인치 전환Bullish (방향성)

Coherent, 6인치 InP 웨이퍼로 다이 4배·비용 절반 — 스웨덴 2번째 생산 사이트 병행 가동

Austin Lyons · Coherent CEO James Anderson 발언 인용 ·

💡 핵심 통찰

6인치 InP 웨이퍼는 3인치 대비 면적이 4배(반지름 제곱 비율: 36/9=4)라 다이 수율이 4배, 처리 비용은 약 2배 → 다이당 비용 절반. Coherent가 이미 EML·CW 레이저·포토다이오드 세 가지 핵심 부품 모두를 6인치에서 양산 중이며, 수율이 성숙한 3인치 수준과 동등하거나 우수하다고 CEO가 직접 언급. 그러나 Vik은 "어떤 파워(mW)에서의 수율인지가 중요하다"며 세부 수치 없인 액면 그대로 받아들이기 어렵다고 지적.

6인치 vs 3인치 다이 수

4배 (면적 비율: 36/9)

다이당 비용

약 절반 (처리비 2배 / 다이 4배)

6인치 생산 사이트

2곳 (Järfälla, Sweden 추가)

CEO 직접 발언 (James Anderson):

"6인치 웨이퍼는 3인치 대비 4배 이상의 칩을 절반 이하의 비용으로 생산한다. 6인치 수율이 건전한 수준을 보임에 따라 스웨덴 Järfälla에 두 번째 생산 사이트를 가동했으며, 두 사이트 병행 램프업으로 생산 능력 확대를 크게 가속할 것이다. 현재 EML, CW 레이저, 포토다이오드 세 가지 핵심 트랜시버 부품을 6인치 InP에서 양산 중이다."

수율 발언 단서: Q&A에서 Anderson은 6인치 수율이 "성숙한 3인치 수율과 동등하거나 우수하다"고 강조. Austin은 이것이 의미 있는 시그널이라고 평가했으나, Vik은 CW 레이저의 경우 50 mW냐 400 mW냐에 따라 수율 난이도가 전혀 다르고, EML은 레이저+흡수 변조기 복합 구조라 CW보다 훨씬 복잡하다며 "어느 제품 어느 출력에서의 수율인지 명확히 구분해야 한다"고 짚었다.

최종 체크포인트: 고ASP 제품을 높은 수율로 만들고 있다면 결국 마진에서 드러난다. 매출 성장보다 마진 개선을 보는 것이 진짜 진위 판별 기준.