Silicon Photonics
Silicon Photonics는 실리콘을 광학 매체로 활용하여 광시스템에 대해 연구하고 응용하는 학문입니다.
우리는 광 신호를 사용하는 반도체를 활용한 다양한 소자(AI 가속기, Lidar, Programmable photonic curcuit, 행렬 곱셈기 등)을 제작하고 연구하고 있습니다.
Silicon Photonics는 실리콘을 광학 매체로 활용한 광 시스템에 대해 연구하고 응용하는 학문입니다.
여기서 광학 매체란 빛이 앞으로 진행되기 위해서는 매질이 필요한데, 이때 빛이 지나갈 수 있는 매질을 광학 매체라고 부릅니다.
또한 광시스템은 렌즈, 유리, 광원, 광검출기, 투사 스크린, 반사 프리즘, 분산기구, 필터, 필름 등의 일련의 물질들로 구성된 사물을 뜻합니다.
즉 광원, 광접속기, 광변조기 등의 소자를 포함하는 시스템입니다.
(출처: PhotonHub)
Silicon Photonics는 포토닉스(Photonics)를 응용한 것으로, 반도체 칩의 데이터 처리 속도를 높이기 위해 전자와 빛으로 구현한 광자(Photon)를 이용합니다.
연산에 강점을 가진 전자와 통신에 강점을 가지는 빛이 하나의 칩에 통합되어
반도체의 데이터 처리 능력을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있습니다.
이러한 Silicon Photonics는 기존 반도체의 한계점을 돌파할 수 있는 새로운 가능성을 제시할 수 있습니다.
Silicon Photonics는 단일 칩에서 빛과 전기 신호를 동시에 처리할 수 있는 광 트랜시버(Optical Transceiver)를 구성할 수 있는 이상적인 기술로 떠오르고 있습니다.
광 트랜시버란 서버에서 생성된 전기 신호를 빛으로 변환해주거나, 광섬유를 통해 들어온 빛 신호를 전기신호로 변환해주는 소자입니다.
광 트랜시버를 구성한다면 빛의 감쇠가 적고 병렬처리 기능이 있어 초당 400 Gbps 속도로 서버 간의 통신이 가능하게 됩니다.
(출처: IMEC)
Silicon Photonics는 고대역폭 데이터 전송을 필요로 하는 다양한 분야에 쓰이고 있습니다.
이러한 이유는 두 개의 종단 단자를 광섬유로 연결하거나 다른 광 채널과 직렬로 연결할 수 있도록 설계한 채널인 광 링크(Optical link)가 있기 때문입니다.
광 링크를 메모리 칩의 연결장치로 쓰인다면 기존 방법 대비 엄청난 효율성을 보일 수 있게 됩니다.
(출처: Ayar Labs)
이러한 Silicon Photonics 반도체의 구조는 왼쪽 사진처럼 구성되어 있습니다.
Silicon Photonics 반도체 회로의 광 변조기(Optical Modulator)와 광 도파관(Optical Waveguide)는 기존 반도체의 트랜지스터와 전선역할을 합니다.
또한 광 검출기(Photo Detector)라는 소자를 사용해 광신호를 전기신호로 변환하는 역할을 합니다.
(출처: SK 하이닉스)
이러한 Silicon Photonics는 기존 패러다임을 초월한 새로운 컴퓨팅 기술 개발을 가능하게 하는 기술입니다.
Silicon Photonics를 활용한다면 빛의 병렬처리 능력을 활용해 하나의 장치만으로
다수의 추론이 가능한 AI 프로세서나 고전 물리학의 한계를 뛰어 넘는 양자 컴퓨팅을 구현할 수 있게 됩니다.
또한 보안상 완벽에 가까운 양자 암호 통신을 구현할 수 있다는 이점이 있습니다.
AI 기술의 발달로 인해 컴퓨터의 성능과 데이터 처리 능력에 요구되는 수준이 높아지고 있는 지금.
하드웨어도 발맞춰 패러다임을 진화해야 하는시기입니다.
이러한 수요는 Silicon Photonics를 활용한다면 한계점을 뛰어넘고 새로운 기술을 창조해낼 것이라 판단합니다.