빛으로 작동하는 '광컴퓨터' 시대가 빠르게 다가오고 있다

최근 인공지능, 자율주행차, 드론, 메타버스 기술 등이 미래 핵심산업으로 주목받으면서 대량의 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그러나 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자 반도체 논리 게이트는 고속의 데이터 계산 및 처리 능력에 한계가 있고, 많은 에너지를 소모하고 상당한 열을 발생시키는 단점이 있다.

한국과학기술연구원(KIST)과 광주과학기술원(GIST)은 센서시스템연구센터(KIST) 박유신 박사와 재료공학부 정건영 교수 연구팀이 참여했다고 밝혔다. 과학 및 공학 (GIST),발달시켜왔다유무기 페로브스카이트 포토다이오드를 이용해 초고속, 고효율 광전자논리게이트(OELG)를 만든다.

OELG는 고속 및 고효율 특성을 가지고 있습니다. 빛을 입력 신호로 사용하기 때문에 물리적으로 에너지 손실이 적고, 전원 공급 없이 빛 에너지만으로 동작이 가능하다. 연구팀은 적층형 페로브스카이트 광전자 논리 게이트를 구현했습니다. 두 겹의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 수직으로 쌓아 올려 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력해 원하는 이진 논리 연산이 가능함을 입증했다.

페로브스카이트 광전자 논리 게이트는 빛을 이용하여 광전류 극성을 자유롭게 바꿀 수 있기 때문에 동일한 입력 값에 대해 두 개 이상의 논리 게이트 연산 결과를 실행하는 것이 가능합니다. 따라서 하나의 소자에서 하나의 논리 연산만 수행할 수 있었던 기존 논리 게이트에 비해 새롭게 개발된 논리 게이트는 AND, OR, NAND, NOR, NOT 등 5가지 기본 논리 연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 논리 게이트가 5개의 논리 게이트처럼 작동할 수 있어 공간 효율이 높고 집적도가 높은 광 프로세서 개발이 가능합니다.

박 연구원은 “광 입력에 따라 다중 논리 연산을 수행하는 페로브스카이트 광전자 로직 게이트는 향후 초소형, 저전력 범용 광센서 플랫폼에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다. 정 연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 광전자 로직 게이트는 5가지 기본 논리 연산을 하나의 소자로 구현한 광컴퓨팅 연구개발의 성과로, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 것”이라고 기대했다.

- 본 보도자료는 국립과학기술연구회 제공