기본 콘텐츠로 건너뛰기

광 입출력이 가능한 프로세서 개발 - 광 기반 컴퓨터의 혁신



(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 






   

댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

  (출처: 루프트한자 그룹) ​ ​ 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. ​ 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 ​ 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. ​ 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. ​ ​ 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. ​ 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...