CPU 속도 지금보다 40배 빨라진다

머니투데이

류준영 기자

플라즈몬 신호로 전달된 2차원 이미지 복원 실험. 그림 a와 같이 꽃무늬 이미지를 빛으로 만들어 무작위로 배열된 나노 안테나에 보낸다. 그림 b와 같이 마치 노이즈처럼 산란된 플라즈몬 신호를 흰색 실선을 따라 반시계 방향으로 측정하였다. 미리 측정된 전달 행렬을 이용하여 그림 c와 같은 꽃무늬 이미지를 복원하였다. 이는 각각의 나노 안테나에 도달하는 광신호를 플라즈몬 신호로 정확히 전달할 수 있음을 보여주는 결과이다/자료=IBS

컴퓨터는 중앙처리장치(CPU)의 집적률을 높여 정보처리 속도를 높인다. 하지만 집적률이 높아질수록 발열 등 장치 성능을 저해하는 요소도 함께 늘어난다. 이 때문에 전기신호보다 수 백 배 빠른 광신호로 정보 처리 속도를 올리는 연구가 그 대안으로 주목을 받고 있다. 하지만 이 기술을 상용화하기 위해선 광-전기 정보전환시 생기는 신호 전달의 병목현상을 해결해야만 한다.

기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장팀이 이 문제를 '나노 안테나들을 무질서하게 배열하는 방식'으로 풀었다고 16일 밝혔다.

기존 나노 안테나보다 40배 넓은 대역폭 확보가 가능해 향후 지금보다 CPU 속도가 40배 빠른 광통신 컴퓨터를 기대할 수 있게 됐다는 게 연구팀의 설명이다.

나노 안테나는 정보를 담은 빛인 광신호를 전기신호로 변환해 주는 장치다. 나노 안테나는 얇은 금속 박막에 200나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1미터) 직경의 구멍을 뚫어 만든다. 이 곳에 광신호를 쪼이면 전기신호인 플라즈몬이 생긴다.

최원식 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장/사진=IBS

기존 연구는 나노 안테나를 규칙적으로 배열해 플라즈몬을 유도했다. 이럴 경우 다량의 안테나가 마치 하나의 안테나처럼 작동해 많은 신호들을 동시다발적으로 소화할 수 없었다.

연구진은 각각의 나노 안테나가 독립된 역할을 수행하도록 만들면 훨씬 더 많은 정보를 처리할 수 있을 것으로 보고, 나노 안테나를 무질서하게 배치했다.

이 방식은 플라즈몬의 다중산란을 유도해 나노 안테나 사이의 간섭을 줄였고, 다중입출력을 지원해 동시에 많은 정보처리가 가능하도록 했다.

최원식 부연구단장은 “이번 연구를 통해 나노 수준의 마이크로프로세서들 사이를 초고속 광통신으로 연결할 수 있는 새로운 방식을 제시했다”며 “이 방식이 적용되면 앞으로 컴퓨터 속도 개선에 크게 기여하게 될 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판 최신호에 게재됐다.