덴마크공과대학 엔지니어들이 칩의 정보 전송 방식을 바꿀 수 있는 나노레이저를 개발해 전기 신호를 빛으로 대체할 가능성을 열었다.
이 소자는 빛을 극도로 작은 공간에 가두는 나노캐비티를 기반으로 하며 연구팀은 이를 극한 유전체 구속이라고 부른다. 빛이 매우 좁게 압축되기 때문에 레이저는 상온에서 작동하고 전력 소모가 매우 적다. 연구 결과는 학술지 사이언스 어드밴시스에 게재됐다.
전자 대신 빛
현대 프로세서는 구리 배선을 통해 데이터를 전류로 전송하며 이는 열로 에너지를 낭비하고 신호가 이동할수록 느려진다. 광학 링크는 이미 데이터센터 내 서버를 연결하지만 레이저가 주변 트랜지스터보다 훨씬 커야 하기 때문에 칩 위로 축소하기 어려웠다.
DTU 설계는 그 크기 한계를 깨뜨린다. 수천 개의 레이저가 하나의 마이크로칩에 들어가 각각 전선의 전자가 아닌 도파관을 통해 광자를 보낼 수 있다. 연구를 이끈 예스퍼 모르크 교수는 "나노레이저는 고성능과 최소 크기를 결합한 새로운 세대의 부품을 만들 가능성을 열어준다"고 말했다.
절감 효과의 원천
모르크는 컴퓨터에 나노레이저를 사용하면 에너지 소비를 최대 절반까지 줄일 수 있다고 추정한다. 이득은 하나의 개선이 아니라 여러 효과에서 동시에 나온다. 회로 내 저항 발열 감소, 데이터센터 냉각 필요 감소, 칩이 작업을 더 빨리 끝낼 수 있는 전송 속도 향상이다. 데이터센터는 이미 세계 전력의 크고 증가하는 비중을 소비하므로 작은 효율 향상도 큰 절감으로 이어진다.
연구팀은 대학의 DTU 나노랩 클린룸에서 소자를 제작했다. 남은 문제는 전력이다. 현재 레이저는 광학적으로 구동되며 전류로 작동하게 만드는 것이 다음 연구 과제다. 모르크는 이 단계에 5~10년이 걸릴 수 있으며 칩 위 광학 컴퓨팅의 문을 열 것이라고 말했다.
컴퓨팅 외에도 연구진은 집중된 빛이 고해상도 이미징과 매우 민감한 바이오센서를 가능하게 하는 보건 기술에서의 용도를 보고 있다.