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전기전자 매우 효율적인 광학 기반 컴퓨터
2015.06.07 16:25
매우 효율적인 광학 기반 컴퓨터http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015050455&service_code=03 |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-06-01 | |
| 현재 컴퓨터에서 데이터는 전자의 흐름을 통해서 와이어를 통과하게 된다. 이것은 많은 양의 파워를 소비하기 때문에 랩탑을 계속 사용하게 되면 점점 뜨거워지는 이유를 설명해주게 되는 것이다. “몇 년 전에, 내 동료인 David Miller는 컴퓨터에서 파워소비에 대한 것을 세심하게 분석했다. 그리고 그 결과는 매우 놀라운 것이었다. 마이크로 프로세서 파워의 80% 이상이 와이어를 통해서 데이터를 전송하는데 소비되고 있었다. 와이어는 연결을 위해서 필요한 것”이라고 Vuckovic이 말했다. 네이처 포토닉스에 실린 논문의 주저자는 스탠포드대학교의 대학원생인 Alexander Piggott과 전기공학과 Vuckovic 교수이다. 그녀의 연구팀은 컴퓨터 내부에서 데이터를 이동시키기 위해 필요한 전기 대신에 빛을 실제로 사용하도록 함으로써 컴퓨팅을 혁신시켜줄 수 있는 처리과정을 설명하였다. 본질적으로 스탠포드대학교의 엔지니어들은 인터넷에서 증명된 기술이 소형화되기를 원하고 있다. 이것은 광섬유 가닥을 통해서 빛 광자가 빛나게 함으로써 데이터를 이동시키는 것이다. “광전송은 와이어를 통해서 전자를 전송하는 것보다 훨씬 더 적은 에너지를 사용하게 된다. 칩 규모의 링크를 위해서, 빛은 20배 이상의 많은 데이터를 전송할 수 있다”고 Piggott이 말했다. 이론적으로 유리가 가시광선에 투명한 것처럼 실리콘이 적외선에 투명하기 때문에 이것은 실행가능한 것이다. 그래서 와이어들은 광학적 연결로 대체될 수 있다. 실리콘 구조는 적외선을 전달하기 위해 디자인되었다. 그러나 지금까지 엔지니어들은 한 번에 하나의 광학적 연결을 디자인해야만 했다. 이러한 수천 개의 연결이 각각의 전자적인 시스템을 위해 필요하기 때문에 광학적인 데이터 전송은 비실용적인 것으로 남아있게 되었다. 현재 스탠포드대학교 엔지니어들은 그들이 인버스(inverse) 디자인 알고리즘이라는 것을 개발함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있을 것이라고 믿고 있다. 엔지니어들은 광학 회로가 동작하기를 원하는 것들을 명확히 제시하고 있다. 그리고 소프트웨어는 작업을 실행시키기 위해서 실리콘 구조가 제조되는 자세한 방법을 제공해주고 있다. “우리는 동작하는 광학 회로를 디자인하기 위해서 알고리즘을 사용하였으며, 우리 연구실에서 몇 가지 카피를 만들었다”고 Vuckovic은 말했다. 연구팀에는 Piggott뿐만 아니라, 예전에 대학원생이었으며, 현재 구글에서 근무하고 있는 Jesse Lu, 대학원생 Jan Petykiewicz 및 박사 후 과정의 Thomas Babinec 과 Konstantinos Lagoudakis가 포함되어 있다. 그들이 네이처 포토닉스에 발표했던 것처럼, 이 기기들은 작은 결함이 있지만 완벽한 기능을 동작하고 있다. “우리의 제조과정은 상업적인 제조 과정처럼 완벽히 정확한 것은 아니다. 우리의 연구시설에서 이처럼 강력한 기기를 개발할 수 있다는 사실은 이 기술이 최신 설비에서 쉽게 대량생산될 수 있다는 것을 말해주는 것”이라고 Piggott이 말했다. 연구원들은 그들이 개발한 인버스 디자인 알고리즘이 많은 다양한 잠재적 애플리케이션에서 사용될 수 있기를 기대하고 있다. 고대역폭 광통신, 초소형 현미경 시스템 및 매우 안전한 양자통신 등이 포함될 수 있을 것이다. 스탠포드대학교의 연구는 햇빛이 유리를 통과하는 방법처럼 적외선이 실리콘을 통과한다는 잘 알려진 사실에 기반을 두고 있다. 프리즘이 가시광선을 굴절시켜서 무지개가 보여지는 것처럼 다른 실리콘 구조가 유용한 방법을 이용하여 적외선을 굴절시킬 수 있을 것이다. 스탠포드대학교의 알고리즘은 실리콘 구조를 디자인하였는데 이것은 매우 가늘어서 이것의 20개 이상이 사람 머리카락 직경 내부에 나란하게 놓여질 수 있다. 이러한 실리콘 연결은 확실한 위치에 있는 와이어를 교체하기 위해서 특정한 적외선 주파수를 보낼 수 있다. 이러한 주파수에 데이터를 로딩함으로써 스탠포드대학교의 알고리즘은 스위치 또는 도관 또는 동작에 요구되는 것들을 만들 수 있을 것이다. 인버스 디자인 알고리즘은 적외선을 굴절시키기 위해서 얼마나 많은 실리콘 프리즘을 만들어야 하는지에 대한 방법을 설명함으로써 광학적인 연결을 현실성이 있도록 만들어주는 것이다. 알고리즘이 동작을 위한 적절한 형태를 계산하게 되면, 엔지니어들은 실리콘 조각 위에 패턴을 전달할 수 있도록 표준의 산업적인 처리과정을 사용할 수 있을 것이다. “우리의 구조는 스위치 치즈와 같이 보이지만, 이전에 보았던 것보다 더 잘 동작하게 될 것”이라고 Vuckovic이 말했다. 그녀와 Piggott은 몇 가지 다른 종류의 광학적 연결을 만들고 있으며, 인버스 디자인 알고리즘이 할 수 있는 것에서 문제점을 볼 수 없었다. 네이처 포토닉스에 실린 논문에서 저자들은 대규모 회로 디자인의 자동화가 엔지니어들이 현재의 세밀한 전자제품을 만들 수 있도록 해줄 것이라고 밝혔다. 광학적 연결에 대한 처리과정을 자동화함으로써, 더 고속이며 더 에너지 효율적인 차세대 컴퓨터를 개발할 수 있는 단계를 만들어놓았다고 그들이 생각하였다. 그래서 향후에는 내부적인 데이터 전송을 위해서 전기보다는 빛을 사용할 수 있게 될 것이다. |
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