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개발된 초저전력 광-게이트 기반의 광연산 개념도 MEMS 기반 광-게이트로 구현된 광-GPU 개념도. MEMS를 이용하여 광-게이트의 기하학적 구조를 변화시켜 광-GPU내의 빛의 흐름을 제어할 수 있다.
▲ 개발된 초저전력 광-게이트 기반의 광연산 개념도 MEMS 기반 광-게이트로 구현된 광-GPU 개념도. MEMS를 이용하여 광-게이트의 기하학적 구조를 변화시켜 광-GPU내의 빛의 흐름을 제어할 수 있다.
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빛을 이용해 수백 개의 가상 GPU를 하나의 GPU로 구현하는 기술인 '광자 기반의 연산장치(광-GPU)' 대기전력을 기존 대비 100만 배 이하로 줄여 효율성을 극대화한 신개념 광-GPU가 개발됐다. 이로써 AI(인공지능) 연산 및 양자컴퓨터 구현에 혁신적인 변화를 가져올 수 있을 것으로 기대된다. 

DGIST(대구경북과학기술원, 총장 이건우)는 9일 "로봇및기계전자공학과 한상윤 교수팀이 KAIST 유경식 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 대기전력을 기존 대비 100만 배 이하로 줄일 수 있는 광-GPU 기술을 개발했다"고 밝혔다. 

그동안 기존의 광-GPU는 온도가 수백도까지 오르는 심한 발열로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 
 
개발된 MEMS 기반 광-게이트의 개념 및 사진 (좌) 개발된 광-게이트의 수학적 모델. (우) 실제로 구현된 광-게이트의 현미경 사진.
▲ 개발된 MEMS 기반 광-게이트의 개념 및 사진 (좌) 개발된 광-게이트의 수학적 모델. (우) 실제로 구현된 광-게이트의 현미경 사진.
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이에 DGIST·KAIST 공동 연구팀은 광-GPU의 단위 구성요소인 가변형 광집적회로에 작고 미세한 크기의 기계적 및 전자적 요소들을 통합하여 시스템을 만드는 기술인 MEMS(Micro-Electo-Mechanical Systems ; 미세 전자 기계 시스템) 기술을 적용했다. 이를 통해 대기전력 소모를 기존 대비 100만 배 이하로 낮추어 발열 문제를 근본적으로 해결했다. 

한상윤 DGIST 로봇및기계전자공학과 교수는 "세계 최초로 MEMS 기술을 광-GPU에 접목하는 발상의 전환으로 혁신적인 결과를 얻었다"면서 "향후 초거대 AI 모델 및 양자컴퓨터에 활용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다. 

이어 향후 실용화와 관련해서는 "개발된 소자를 반도체 패키징을 통해 실험실 바깥에서도 쉽게 사용할 수 있게 하는 연구를 진행 중"이라며 "패키징이 성공하면 5년 내에 실용화 하는 것을 목표로 하고 있다"고 덧붙였다. 

한편, 이번 연구는 DGIST 김동욱, 박영재, 김도윤 학생, KAIST 정영재 학생이 공동 제1저자로 참여했으며, 삼성전자 미래기술육성사업 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 광공학 분야 최고 권위의 저널인 <Nature Photonics 저널> 2023년 12월호에 게재됐다. 

DGIST는 "이번 연구 결과는 미국의 MIT 및 프린스턴, 유럽의 IMEC 등과의 치열한 경쟁 속에서 이루어 낸 중요한 성과"라며 "경쟁 기술 대비 100만 배 낮은 대기 전력 소모(<10 fW) 성능을 인정받아 광공학 분야 최고 권위 저녈에 게재됐다"고 설명했다. 
 
 사진 왼쪽 위부터 시계 방향으로 DGIST 한상윤 교수, 김도윤·김동욱·박영재 학생, KAIST 유경식 교수, 정영재 학생
 사진 왼쪽 위부터 시계 방향으로 DGIST 한상윤 교수, 김도윤·김동욱·박영재 학생, KAIST 유경식 교수, 정영재 학생
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태그:#DGIST, #KAIST, #광GPU
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