[더구루=정예린 기자] 실리콘 광자(Silicon Photonics) 기반 인공지능(AI) 가속기를 통해 대규모 작업을 보다 효율적으로 처리할 수 있는 가능성이 열렸다. AI 연산 성능을 획기적으로 개선, 데이터센터 등에서 그래픽처리장치(GPU)의 새로운 대안으로 자리잡을 수 있을 것으로 기대된다.

16일 국제전기전자공학자협회(IEEE)에 따르면 휴렛팩커드엔터프라이즈(HPE)의 연구개발(R&D) 조직 '휴렛팩커드랩스(Hewlett Packard Labs)' 소속 연구진이 주축이된 연구팀은 최근 실리콘 광자 기반 AI 가속 플랫폼을 개발했다. 기존 실리콘 기반의 GPU보다 뛰어난 AI 연산 성능을 발휘할 수 있다는 사실을 입증했다. 

AI 기술이 급속 발전하면서 대규모 데이터를 처리하고 복잡한 계산을 수행하는 데 필요한 연산 성능과 에너지 효율성의 요구가 커지고 있다. 기존 GPU는 고속 연산이 가능하다는 장점이 있지만 에너지 소비가 크고 확장성이 제한적이라는 점에서 한계를 안고 있다. 

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 III-V 화합물 반도체와 실리콘을 결합한 광자 집적 회로(PIC) 기술에 주목했다. PIC는 전자 신호 대신 빛을 사용해데이터를 처리하는 방식으로, 기존 전자 신경망보다 더 빠르고 적은 에너지로 AI 연산을 처리할 수 있다.

PIC를 기반으로 구현된 광학 신경망(ONN)은 딥러닝 모델이 필요로 하는 대규모 행렬 연산을 고속으로 처리하는 데 유리하다. 연구진은 AI 연산에 필요한 주요 부품들을 하나의 칩에 집적, 높은 집적도와 낮은 에너지 소모를 동시에 실현할 수 있음을 입증했다. 

핵심이 되는 'III-V 화합물 반도체’는 주기율표의 3족(갈륨, 인듐 등)과 5족(비소, 인 등) 원소들로 이루어진 반도체로, 빛을 효율적으로 제어하는 데 뛰어난 특성을 지니고 있다. III-V 화합물 반도체를 활용하면 기존 전자 회로보다 빠르고 에너지 효율적인 처리가 가능하다.

이번 연구는 AI 가속기의 성능을 새로운 차원으로 끌어올릴 수 있는 가능성을 보여주며, 차세대 AI 하드웨어 개발에 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다. 향후 상용화될 경우 특정 AI 연산에서 GPU를 보완하거나 대체하는 방식으로 활용될 가능성이 크다. 대규모 연산이 이뤄지는 데이터 센터 환경에서 GPU의 에너지 효율적 대안으로 주목받을 수 있다.

연구 결과는 지난 1월 '에너지 효율적인 AI/ML 가속기를 위한 대규모 통합 광소자 플랫폼(Large-Scale Integrated Photonic Device Platform for Energy-Efficient AI/ML Accelerators)'이라는 제목의 논문으로 공식 발표됐다. 또 IEEE가 발간하는 산하 학술지 ‘저널 오브 셀렉티드 토픽스 인 퀀텀 일렉트로닉스(Journal of Selected Topics in Quantum Electronics)’ 5~6월호에 실렸다.