中, 美 제재 속 최초 병렬 광학 컴퓨팅 칩 '메테오-1' 공개

중국이 미국의 반도체 제재 속에서 차세대 컴퓨팅 기술의 돌파구를 마련했다. 중국 연구진이 빛을 이용해 동시에 엄청난 수의 작업을 수행하는 최초의 고도 병렬 광학 컴퓨팅 통합 칩 '메테오-1(Meteor-1)'을 개발했다고 24일(현지시각) 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

이 칩은 50GHz 광 주파수에서 2,560 TOPS(초당 테라 연산)의 이론적 최대 컴퓨팅 성능을 달성한다고 중국 출판사 딥테크가 지난주 보고했다. 이는 엔비디아의 고급 GPU와 유사한 성능이다.

비교해보면 엔비디아의 최신 GeForce RTX 5090 그래픽 카드는 3,352 TOPS로 최고치를 기록한 반면, 이전 플래그십 RTX 4090은 1,321TOPS에 그쳤다. 과거 광학 칩이 대부분 실험실 환경에 머물렀고 실제 작업에서 상용 플래그십 GPU에 근접할 수 없었던 것과 대조적이다.

엔비디아의 4090과 5090은 중국의 군사력 발전에 도움이 될 수 있는 첨단 반도체와 AI 칩에 대한 미국의 수출 통제 때문에 중국에 대한 판매가 사실상 금지되어 있다.
전통적인 전자 칩이 열 축적, 양자 효과, 지속 불가능한 전력 소비로 인해 근본적인 물리적 한계에 도달함에 따라 광학 컴퓨팅이 중요한 미래 방향으로 부상하고 있다. 초고속, 넓은 대역폭, 저전력, 최소 대기 시간과 같은 고유한 장점으로 이러한 장벽을 극복할 수 있다.

광학 컴퓨팅의 발전은 오랫동안 매트릭스 크기 확장과 광 주파수 증가라는 두 가지 주요 과제에 초점을 맞춰왔다. TSMC와 캘리포니아 공과대학의 프로토타입으로 대표되는 기존의 상위 모델은 엔지니어링과 물리적 한계 모두에 도전하고 있다.

결과적으로 제3의 방법, 즉 계산 병렬 처리를 확장하거나 칩의 멀티태스킹 능력을 확장하는 것이 앞으로 나아가는 데 필요한 경로가 됐다.

6월 17일 이라이트(eLight) 저널에 발표된 논문에서 상하이 광학 및 정밀 역학 연구소(SIOM)의 시에 펭과 한 시린, 싱가포르 난양기술대학교의 후 광웨이는 단일 포토닉 칩에 100개 이상의 주파수 채널을 수용할 수 있는 새로운 광학 컴퓨팅 시스템에 대해 자세히 설명했다.

연구진은 논문에서 "이 성과는 칩 크기를 확장하지 않고도 초고 병렬 처리를 통해 광학 컴퓨팅 성능을 100배(심지어 그 이상) 증가시킬 수 있으며, 미래의 광학 컴퓨터를 위한 새로운 기술 경로를 제공한다"고 밝혔다.
한 부연구원은 딥테크와의 인터뷰에서 경제적 잠재력에 대해 "이 획기적인 발전은 광학 컴퓨팅을 전자 칩과 경쟁할 수 있는 가격 대비 성능 수준으로 끌어올릴 것"이라고 말했다.

통합 메테오-1 시스템은 광원 칩, 광학 상호 작용 칩, 광학 컴퓨팅 칩, 변조 매트릭스 드라이버 보드를 포함하여 완전히 자체 개발된 아키텍처를 특징으로 한다.

광원 칩은 출력 스펙트럼이 80나노미터를 초과하는 통합 마이크로 캐비티 광 주파수 빗을 사용하여 200개 이상의 파장을 지원한다. 이 칩 스케일 다중 파장 소스는 수백 개의 개별 레이저를 대체하여 시스템 크기, 전력 소비, 비용을 크게 줄이는 동시에 통합을 강화한다.

코어 광 컴퓨팅 칩 자체는 40nm 이상의 높은 전송 대역폭을 자랑하여 저지연 병렬 처리를 가능하게 한다. 이를 보완하기 위해 팀의 맞춤 설계된 드라이버 보드는 정밀한 광 신호 제어와 효율적인 처리를 위한 256개 이상의 채널을 갖추고 있다.

이 시스템을 활용하여 팀은 시스템에서 동시에 100개 이상의 작업을 실행하는 세계 기록을 세웠다. 50GHz에서 작동하는 단일 칩은 이론적으로 2560 TOPS 이상의 최대 컴퓨팅 성능을 제공한다.

선도적인 연구원인 시에 펍은 미국 MIT에서 박사 학위를 취득한 후 옥스퍼드 대학과 싱가포르 NTU에서 연구를 수행했다. 이러한 연구 기반을 바탕으로 작년 상하이 SIOM에 광학 칩 및 광자 컴퓨팅 팀을 구성했다.

시에 교수는 중국과학원 팀 구조의 장점을 강조했다. "우리 팀의 각 핵심 기술 지점에는 심층 연구를 주도하는 전담 전문가가 있다. 이 모듈식-통합형 접근 방식을 통해 기초 연구에서 시스템 통합에 이르기까지 비교적 짧은 시간 내에 전체 체인 혁신을 완료할 수 있었다"고 말했다.

그는 "이것은 또한 수년 동안 해외에서 해결되지 않은 문제들이 제가 돌아온 후 빠르게 돌파구를 찾은 이유를 설명해 준다"고 덧붙였다.

시에 교수는 "우리의 병렬 광학 컴퓨팅 체계에서 컴퓨팅 효율성, 전력 소비, 대기 시간과 같은 주요 지표는 기존 전자 컴퓨팅을 능가할 잠재력을 가지고 있다"고 강조했다.

또한 "우리는 우리의 접근 방식으로 잠재적으로 해결된 확장성 문제를 가진 광학 컴퓨팅이 계속 증가하는 AI의 컴퓨팅 수요를 충족하고 새로운 애플리케이션의 물결을 일으킬 수 있다고 굳게 믿는다"고 그는 전망했다.

이번 성과는 미국의 반도체 제재에 맞서 중국이 독자적인 기술 개발 경로를 모색하고 있음을 보여준다. 특히 AI와 데이터 센터의 급증하는 컴퓨팅 수요에 대응하는 하드웨어 가속화 기술로서 광학 컴퓨팅의 상용화 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다.

전문가들은 이번 개발이 전자 칩의 물리적 한계를 극복할 수 있는 대안 기술로서 글로벌 반도체 산업에 새로운 경쟁 구도를 만들 수 있을 것으로 평가하고 있다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com