서울대-서울시립대 공동연구팀, 빛의 속도를

자유롭게 제어하는 ‘프로그래머블 광집적회로’ 개발

하나의 광칩으로 빛의 저장·지연·제어 구현…

AI 서버·데이터센터용 저전력 광컴퓨팅 및 차세대 광통신 기술 활용 기대

서울대학교와 서울시립대학교 공동연구팀이 광집적회로에서 빛의 속도와 전달 특성을 필요에 따라 자유롭게 제어할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

서울대학교 공과대학은 전기정보공학부 박남규 교수·유선규 교수 연구팀과 서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 박현희 교수 공동연구팀이 프로그래밍이 가능한 광집적회로를 활용해 빛 신호의 속도와 형태를 자유롭게 제어할 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다고 밝혔다.

기존에는 여러 광공진기의 간섭을 이용하는 ‘결합공진기 유도 투과(CRIT)’ 구조를 통해 특정 주파수의 빛을 선택적으로 통과시키면서 진행 속도를 늦추는 기술이 연구돼 왔다. 하지만 한 번 제작하면 동작 방식이 대부분 고정돼 광신호의 지연 시간이나 주파수 대역을 변경하기 위해서는 새로운 광소자를 다시 설계해야 하는 한계가 있었다.

공동연구팀은 CRIT 시스템을 구성하는 두 가지 빛의 상태인 ‘밝은 모드’와 ‘어두운 모드’를 통합적으로 다루는 새로운 방식을 제안하고, 두 개의 제어 가능한 루프 결합기를 도입했다. 이를 통해 광신호가 통과하는 주파수 대역의 폭과 형태뿐만 아니라 신호의 지연 및 전달 특성까지 필요에 따라 제어할 수 있음을 이론적으로 입증했다.

또한 회로가 동작하는 중에도 광펄스의 진행 속도를 실시간으로 변화시키면서 신호 처리 성능을 유지할 수 있음을 수치 계산으로 확인했다. 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄) 기반 광집적회로에서 실제 구현 가능성도 3차원 전자기장 시뮬레이션을 통해 검증했다.

이번 기술은 하나의 광칩에서 광신호 동기화와 가변 지연, 광버퍼, 주파수 변환 등 다양한 기능을 구현할 수 있는 가능성을 제시했다. 향후 AI 서버와 데이터센터의 전력 소비를 줄이고 데이터 처리 효율을 높이는 저전력 광컴퓨팅과 차세대 광통신 기술을 비롯해 센서, 자율주행, 양자 기술 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

박남규 서울대 전기정보공학부 교수는 “이번 연구는 광집적회로 내에서 빛의 흐름을 필요에 따라 재구성할 수 있는 새로운 설계 원리를 제시하고, 설계 자유도를 크게 높였다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 실리콘 포토닉스 기반의 대규모 프로그래머블 광집적회로와 광자 AI 기술 분야로 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘Advanced Science’에 6월 30일 게재됐다.