(This packaged electronic-photonic processor microchip under illumination reveals the chip's primary features. The light rays emanating from the chip are drawn to show that the processor talks to the outside world using light. Credit: Glenn J. Asakawa, University of Colorado)
광신호를 이용한 통신은 구리에 전류를 흘려보내는 방식에 비해서 매우 빠를 뿐 아니라 에너지도 적게 소모하면서 먼 거리에 통신이 가능하게 합니다. 하지만 현재의 광통신은 컴퓨터 안쪽으로 들어오지는 못하고 있습니다. 광기반 신호를 전기 신호로 변환해줘야만 프로세서와 메모리에서 인식을 하기 때문입니다.
캘리포니아 공과대학의 블라드미르 스토자노빅 교수(Vladimir Stojanović, an associate professor of electrical engineering and computer sciences at the University of California)가 이끄는 연구팀은 이 부분에 있어서 중요한 진전을 이룩해 저널 네이처에 발표했습니다. 이들이 공개한 것은 프로세서 내부에 광입출력이 가능한 시스템을 통합한 프로세서입니다.
즉 광신호를 받아 이를 프로세서 내부에서 전환할 수 있는 것입니다. 물론 광신호를 바로 연산에 사용하는 건 아니지만, 이런 방식을 사용하면 컴퓨터 내부의 구리 배선을 줄이고 바로 빠른 광신호를 프로세서에 연결해서 전력 소모를 줄임과 동시에 속도를 대폭 늘릴 수 있습니다.
연구팀은 오픈 소스 아키텍처인 RISC-V를 이용해서 7000만 개의 트랜지스터를 가진 프로세서를 850개의 광기반 컴포넌트와 합친 프로세서를 개발했습니다. 이 프로세서는 3x6mm에 불과한 크기를 가지고 있습니다.
(동영상)
광기반 입출력(photonic I/O)의 성능은 속도와 에너지 부분에서 입증되었습니다. 1x1mm의 크기의 광 입출력 단자의 대역폭은 300Gbps에 달했으며 비트 당 에너지 소모는 1.3 피코줄(picojoules)에 불과했습니다. 이는 초당 1Tbit의 데이터를 전송하는데 1.3W에 불과한 전력을 사용한 것입니다. 참고로 데이터 전송 길이는 10m에 달했습니다.
(Raw, high-resolution photo of the chip, with all chip electrical and photonic features clearly visible. Photo taken under microscope at the UC Berkeley Marvell Nanofabrication Laboratory. Credit: Chen Sun, with help from Sangyoon Han)
이는 매우 인상적인 결과이지만, 상용화를 위해서는 아직 갈길이 먼 상태입니다. 물론 대역폭 및 에너지 소모 부분에서 이점이 분명한 만큼 앞으로 미래의 컴퓨터는 지금처럼 복잡한 구리 배선 대신 광섬유 기반의 단순하고 에너지 효율적이며 빠른 내부 구조를 가지게 될 가능성이 높습니다.
앞으로 컴퓨터의 발전 방향은 예측이 어렵지만, 구리 기반의 전기 입출력 기술은 미래에는 대부분 광 기반으로 바뀌지 않을까 생각합니다. 이미 서버에서는 이런 일이 진행 중이고 개인용 PC에서도 인텔이 차기 썬더볼트에 도입하고자 하는 광 케이블 방식을 감안하면 PC의 입출력 신호도 점차 광신호로 바뀌지 않을까 생각합니다. 그렇다면 그 다음은 내부 입출력도 광기반으로 바뀌는 것이죠.
과연 그런식으로 발전을 하게 될지, 아니면 상상도 못했던 획기적인 아이디어가 나오게 될지 궁금합니다.
참고
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