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물리 칩 상에 설치된 105-비트 광 메모리
2014.06.07 23:06
칩 상에 설치된 105-비트 광 메모리http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014060080&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-06-05 | |
| 단일 칩 상에서 완전히 기능하는 두 광 메모리가 일본의 연구진에 의해서 제작되었다. 이 디바이스는 이런 메모리 비트를 저장하기 위해서 쌍안정(bistable)의 광공동을 사용하며 다중 비트가 동일한 파장에 의해서 동시에 조절되도록 해준다. 이들 연구진은 차후에 그런 메모리가 계산 속도를 증가시킬 수 있는 광 논리 연산에 사용될 수 있을 것으로 내다보고 있다. 오늘날, 광섬유는 구리 전선에 비해서 더 낮은 신호 감쇄 때문에 데이터 전송에 매우 적합한 물질이다. 광섬유는 또한 훨씬 더 높은 밴드폭을 가지고 있다는 장점도 있다. 그러나 현재 광신호는 프로세싱을 위해서 전기 신호로 변환되어야 하며 더구나 변환된 신호를 다시 광신호로 변환시켜야 한다는 문제점도 있다. 그와 같은 변환은 에너지와 시간을 더 소모하며 광통신의 가장 큰 장점을 이용할 수 없게 만든다는 문제점이 있다. 즉, 포톤이 서로 간섭하지 않기 때문에 다른 주파수를 가진 몇 개의 신호가 한 개의 광섬유를 통해서 다중 분할로 알려진 프로세스를 동시에 수행할 수 있다는 장점을 이용할 수 없게 만드는 것이다. 포토닉 신호는 전기적 신호가 그것들을 다루기 전에 역다중화를 해야만 한다. 따라서 광프로세스는 많은 연구자들에게 흥미가 있는 것이다. 모든 프로세싱 단위에서 핵심적인 요소는 랜덤 액세스 메모리(RAM)이다. 이 메모리에 컴퓨터가 가동되는 동안에 데이터가 일시적으로 저장되는 것이다. 현재 사용되고 있는 전기적 RAM은 보통 각 메모리 비트를 전하로서 축전기에 저장한다. 그리고 이를 위해서 다양한 광학적 방법들이 제안되고 있다. 2012년 일본 카나가와에 위치한 NTT 연구소의 연구진은 광결정으로 만들어진 4비트 RAM을 디자인하였다. 광결정은 특정한 파장을 가진 빛은 통과시키고 다른 파장의 빛은 차단하는 특수한 구조로 이루어진 주기적인 광나노구조를 가진 인위적인 물질이다. 광결정 안은 4개의 동일한 공동으로 이루어졌으며 두 개의 가능한 굴절률을 가진다. 공동의 공명 주파수에서 빛의 펄스는 두 굴절률 사이에 스위치가 가능하게 하며 다른 주파수의 빛은 그것을 요동시키지 않고 공동의 상태를 밝혀낼 수 있을 것이다. 0과 1로써 두 개의 상태를 지정함으로써, 연구자들은 읽을 수 있고 다시 쓸 수 있는 메모리를 제작하였다. 그러나, 각 공동은 분리된 웨이브가이드에 의해서 조절되어야만 했다. 이제 동일한 연구진은 훨씬 더 작고 동일하지 않은 공동을 만들어 다중 분할을 가능하게 하였다. 그들은 두 개의 다른 광 RAM을 제작하였다. 하나는 실리콘으로 만들어졌으며 다른 하나는 인화물 인듐 및 인듐 갈륨 비소 인화물로 만들어졌다. 각 RAM에서, 다중 공동은 길이 방향으로 정렬되었으며, 그것들을 모두 통과하는 단일 웨이브가이드로 이루어졌다. 연구진은 컴퓨터 모델링을 이용하여 광결정 안에서 특정한 구멍이 어떻게 움직이는지를 정확하게 밝혀낼 수 있었다. 이렇게 함으로써 각 공동은 약간 다른 공명 주파수를 가지게 된다. 이들 연구진은 그 다음 쓰기 펄스를 웨이브가이드로 보냈다. 이 가이드에는 그들이 바꾸고자 하는 비트의 주파수를 포함하고 있으며 단지 그런 공동들만 반응할 것이다. 실리콘 RAM은 105개의 작동하는 공동을 포함하고 있다. 모든 공명 파장은 1540 나노미터 및 1570 나노미터 사이에 있으며 평균 거리는 단지 0.23나노미터이다. 이것들은 모두 단지 1밀리미터 길이의 실리콘 결정 위에 만들어졌다. 그러나 공동 상태는 단지 10나노초 보다 작은 시간 동안만 안정적이라는 문제가 있다. 가능한 광 메모리를 위해서는 너무 짧은 시간이다. 그러나 인듐 인화물 기반 RAM에서 비트의 수명은 원칙적으로 무한하다. 인듐 인화물은 실리콘 보다 산업체에서 잘 사용하지 않기 때문에, 인듐 질화물 부품을 제조하기 위한 기술은 덜 정밀하다. 따라서 이들 일본 연구진은 단지 28 비트 메모리만 생산할 수 있었다. 그러나 이들 연구진은 이것이 차세대 연구를 위한 더 좋은 청사진을 제공하여 줄 수 있을 것으로 내다보고 있다. 이들 연구진은 제조 공정 정밀도를 향상시킴으로써 더 좋은 인듐 인화물 시스템을 만들어 내고자 하는 목표를 가지고 있다. 호주의 Martin Hill은 이들의 논문이 어려운 포토닉스 분야에서 우수한 연구 결과를 발표한 것이지만, 현재 광공동의 스위칭 속도는 전기 트랜지스터의 스위칭 속도보다 더 낮다고 말하였다. 그는 이들 일본 연구진이 개발한 디바이스가 유용하기 위해서는 스위칭 주파수를 더 예측 가능하고 재현가능하도록 만들 수 있는 방법을 찾아야 할 것이라고 덧붙였다. 이들의 연구 결과는 네이처 포토닉스 저널에 발표되었다. 첨부그림: 광결정의 주사 전자 현미경 사진. 일련의 작은 공동을 지나가는 단일 웨이브가이드를 보여주고 있다. 각 공동은 약간 다른 주파수에 의해서 조절된다. | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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