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May 01, 2023

광컴퓨팅: 빛의 힘

몰리 로

몰리 로

@기술HQ

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출처: 셔터스톡

• 광학 컴퓨터는 광자 전송을 통해 작동합니다.• 전송 중 열 손실을 최소화하면서 속도가 빠릅니다.• 광자 기술의 가능성에 대해서는 논란이 있습니다.

광학 컴퓨팅은 특히 AI 영역에서 빠르게 주요 역할을 하고 있습니다. 한 번도 들어본 적이 없다면 용서받을 수 있지만 레이저와 광속도가 관련되어 있으므로 더 자세히 알아 보는 것은 어떨까요?

광자 컴퓨터라고도 알려진 광학 컴퓨터는 짐작하셨겠지만 광자를 사용하여 디지털 계산을 수행합니다. 레이저나 비간섭성 광원에 의해 생성된 광파는 수치 계산, 추론, 인공 지능, 데이터 처리, 데이터 저장 및 컴퓨팅을 위한 데이터 통신을 수행하는 주요 수단으로 사용됩니다.

다른 컴퓨터와 마찬가지로 광학 컴퓨터도 제대로 작동하려면 세 가지가 필요합니다.

광학 컴퓨팅의 역사는 레이더 시스템의 개발과 밀접하게 연관되어 있습니다. 1960년대 레이저의 발명으로 전광 컴퓨터를 위한 최초의 방식이 제안되었으며, 1990년대 이후에는 반도체 스마트 픽셀 배열의 광학적 상호 연결에 중점을 두었습니다.

기존 컴퓨터는 전자를 사용하여 계산을 수행하지만 광자는 더 높은 대역폭을 가능하게 하는 용량을 가지고 있습니다. 가시 광선과 적외선(IR) 광선은 전자와 달리 상호 작용 없이 서로 가로질러 흐르므로 효과적인 2차원 컴퓨팅으로 제한될 수 있습니다.

전통적인 컴퓨터에서는 전류를 서로 연결하기 위해 3차원 배선이 필요합니다. 따라서 광자 컴퓨터는 일반적인 컴퓨터보다 작을 수 있습니다. 기존 컴퓨팅과 마찬가지로 광학 컴퓨터는 논리 게이트와 바이너리 루틴을 사용하여 계산을 수행하지만 이러한 계산이 수행되는 방식은 다릅니다.

광학 컴퓨팅은 플라즈몬 나노입자를 사용하여 전자 컴퓨터가 작동할 수 있도록 하는 실리콘 채널과 구리선에 대해 유사하게 효율적이고 안정적인 계산을 달성할 수 있습니다. 또한 물리적 배선이 없다는 것은 광학 컴퓨터가 열이나 진동으로 인해 손상될 가능성이 적다는 것을 의미합니다.

광자는 쉽게 조작하고 제어할 수 있으므로 광자 컴퓨터는 더 빠르고 효율적입니다. 광자 움직임은 상당한 전력 손실 없이 모퉁이를 돌고 계속될 수 있는 방식으로 안내되고 제어될 수 있습니다. 빛은 쉽게 억제될 수 있고 이동 중에 정보 손실이 적습니다. 이는 상호 연결이 가열되어 전자의 움직임이 느려지는 상황에서 특히 유용합니다.

포토닉스는 채널당 1GB/s의 구리선 성능과 비교하여 채널당 1TB/s 이상의 높은 처리량을 제공합니다(근접에 다수가 있을 수 있음).

빛이나 정보 전달을 사용하면 엑사스케일 컴퓨터가 개발될 수 있기를 바랍니다. 엑사스케일 컴퓨터는 현재 가장 빠른 시스템보다 1000배 빠른 속도로 초당 수십억 개의 계산을 수행할 수 있습니다.

따라서 이 대체 모드의 장점과 단점을 다음과 같이 평가할 수 있습니다.

광컴퓨팅의 장점:

단점은 다음과 같습니다.

광학 컴퓨터의 성능에 관해서는 연구자들 사이에 의견 차이가 있습니다. 속도, 전력 소비, 비용 및 크기 측면에서 반도체 기반 전자 컴퓨터와 경쟁할 수 있는지 여부는 공개된 질문입니다.

비평가들은 실제 논리 시스템에는 "논리 레벨 복원, 캐스케이드 가능성, 팬아웃 및 입력-출력 격리"가 필요하다고 주장합니다. 이 모든 기능은 현재 저비용, 저전력 및 고속의 전자 트랜지스터에 의해 제공됩니다. 광학 로직이 틈새 애플리케이션을 넘어 경쟁력을 갖기 위해서는 비선형 광학 장치 기술의 획기적인 발전이 필요하거나 컴퓨팅 자체의 특성이 변경되어야 합니다.