빛으로 계산하는 컴퓨터, 1.5μm 초소형 칩에 담았다

중국 베이징대학교 연구팀이 부품 간 간격을 1.5마이크로미터(μm)까지 줄인 초소형 통합 광자 논리 칩을 개발했다.

1일(현지시간) 베이징대학교 샤오용 후 교수가 이끄는 연구팀은 전광(all-optical) 정보 처리를 위한 이같은 칩을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '라이트: 어드밴스드 매뉴팩처링(Light: Advanced Manufacturing)'에 실렸다.

이 칩은 III-V족 반도체 마이크로레이저, 텔루륨화 비스무트(Bi₂Te₃)와 실리콘으로 구성된 하이브리드 마이크로링 공진기 4개, 역설계된 광학 상호연결장치로 구성된다. 연구팀은 기능 부품 간 최소 간격을 1.5μm로 줄여 높은 수준의 기능적, 공간적 통합을 달성했다.

연구팀은 전기 구동 방식의 패키징된 시제품을 통해 2비트 전광 논리 연산을 시연했다. 이 시스템은 칩 내 광 생성, 광 전송, 비선형 변조, 논리 처리 기능을 소형 플랫폼 안에 통합했다.

칩의 작동은 4개의 하이브리드 마이크로링 공진기를 중심으로 이뤄진다. Bi₂Te₃ 코팅은 강력한 비선형 광학 반응을 제공해 마이크로링의 공명을 광학적으로 조절할 수 있게 한다. 펌프-프로브 측정 결과 펨토초(1000조분의 1초) 단위의 과도 역학도 확인돼 초고속 광 변조 가능성을 보였다.

연구팀은 "세 가지 보완 전략을 채택했다"며 "III-V 반도체 마이크로레이저로 칩 내 광 생성을, 비선형 Bi₂Te₃ 층과 실리콘 마이크로링 공진기 통합으로 효율적인 전광 튜닝을, 역설계를 통해 회로 면적을 줄였다"고 설명했다.

연구팀은 기존 통합 광학 논리 장치와 비교해 이 칩이 ▲칩 내 광 생성 ▲비선형 공진기 기반 논리 처리 ▲역설계된 초소형 광 라우팅 등 세 가지 기능을 단일 플랫폼에 결합했다고 강조했다.

이번에 시연된 플랫폼은 고속 광 컴퓨팅 및 통신 시스템을 위한 소형 빌딩 블록을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.