“엔비디아 넘었다, 속도 100배 괴물 칩 등장”… 반도체 패권 뒤집으려는 중국의 ‘빛의 공습’

중국의 자오퉁 대학교와 칭화 대학교 연구진이 빛을 이용해 인공지능(AI) 연산을 수행하는 차세대 광학 컴퓨팅 플랫폼 ‘라이트젠(LightGen)’을 선보였다. 이는 기존 실리콘 기반 반도체가 직면한 물리적 한계를 극복하기 위한 시도로, 특히 생성형 인공지능 분야에서 획기적인 성능 향상을 목표로 하고 있다.

스페인의 기술 전문 매체인 컴퓨터오이가 지난 2월 17일 보도한 바에 따르면, 라이트젠은 약 200만 개의 광자 뉴런을 통합한 칩을 기반으로 설계되었다. 연구진은 이 새로운 광학 가속기가 특정 인공지능 작업에서 엔비디아의 주력 그래픽 처리 장치인 A100과 비교했을 때 “연산 효율이 최대 100배에 달한다”라고 주장했다.


라이트젠의 핵심은 전기 신호 대신 빛의 펄스를 사용한다는 점에 있다. 기존 전자 칩은 전자가 이동할 때 발생하는 저항으로 인해 필연적으로 열이 발생하고 전력 소모가 크지만, 광학 방식은 발열 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 이는 인공지능 학습과 추론에 필요한 막대한 에너지를 획기적으로 줄여줄 것으로 기대된다.
라이트젠은 특히 이미지 생성과 3차원 렌더링 등 생성형 인공지능의 시각적 작업 처리에 최적화되어 있다. 연구진은 이번 플랫폼이 초당 수조 번의 연산을 수행하면서도 “에너지 효율성은 기존 하이엔드 GPU보다 월등히 높다”라는 점을 실험을 통해 증명했다.


하지만 라이트젠이 당장 시장의 주류로 자리 잡기에는 여전히 넘어야 할 산이 많다. 광학 칩의 구동을 위해서는 외부에 대형 레이저 광원이 필요하며, 이는 전체 시스템의 소형화와 상용화를 가로막는 주요 요인이다. 또한 현재의 표준 반도체 제조 공정을 광학 소자에 그대로 적용하기 어렵다는 점도 대량 생산의 걸림돌이다.

전문가들은 라이트젠이 가까운 시일 내에 엔비디아의 GPU를 완전히 대체하기보다는 특정 고성능 연산이 필요한 데이터센터 등에서 GPU와 함께 사용되는 “하이브리드 형태의 가속기”로 먼저 도입될 가능성이 높다고 본다. 빛의 속도를 활용한 연산력과 기존 실리콘 칩의 범용성을 결합하는 방식이다.


이번 발표는 미국과 중국 간의 반도체 기술 패권 경쟁이 격화되는 가운데 나온 것이라 더욱 주목된다. 첨단 미세 공정용 노광 장비 확보에 어려움을 겪고 있는 중국이 실리콘 기술의 대안으로 광학 컴퓨팅에 막대한 투자를 이어가고 있음을 보여주는 사례이기 때문이다.
연구팀은 향후 광자 뉴런의 수를 더욱 늘리고 레이저 시스템을 칩 내부로 통합하는 연구를 지속할 계획이라고 밝혔다. 라이트젠이 보여준 연산 효율 100배의 성과가 실제 상용 제품으로 연결될 경우, 인공지능 하드웨어 시장의 지형은 “큰 변화를 맞이할 전망”이다.


이교관 글로벌이코노믹 기자 yijion@g-enews.com