한양대 유호천 교수팀, '확률컴퓨팅' 한계 극복한 광 소자 개발

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 국내 연구진이 기존 디지털 방식의 한계를 넘어서는 차세대 확률컴퓨팅 하드웨어 구현의 새로운 길을 열었다.

한양대학교는 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀이 빛을 이용해 무작위 신호를 생성하고, 미세한 전압으로 확률을 정밀하게 조절할 수 있는 '광 기반 확률비트 소자'를 개발했다고 20일 밝혔다.

'확률비트(p-bit)'를 활용하는 '확률컴퓨팅' 방식은 계산이 복잡한 최적화 문제나 머신러닝 등에서 확률적인 탐색을 통해 빠르고 효율적으로 해답을 찾을 수 있어 미래 컴퓨팅 기술로 주목받고 있다.

그동안 개발된 확률비트 소자들은 무작위성을 만드는 과정과 확률 조절 과정을 모두 전기 신호에 의존해 왔다. 이에 따라 두 과정이 서로 간섭을 일으켜 확률을 정밀하게 제어하거나 안정적인 상태를 유지하기 어렵다는 한계가 있었다.

연구진은 이를 해결하고자 빛과 전압의 역할을 완전히 분리한 '광 유도 바이어스 조절 확률비트(LBP-bit)' 소자를 고안했다. 소자 내부에 빛이 들어오면 파장과 세기에 따라 서로 다른 방향의 광전류가 확률적으로 발생하도록 설계해, 무작위 신호는 '빛'으로부터 얻고 확률 분포는 '전압'으로 조절하는 구조를 구현했다.

이 소자는 서브 밀리볼트(㎷) 수준의 낮은 전압에서도 출력 확률을 0%에서 100%까지 연속 조절할 수 있는 초정밀 제어 성능을 보였다. 특히 무작위 신호의 고유한 특성이 흐트러지지 않고 안정적으로 유지되며, 확률컴퓨팅 시스템의 신뢰성을 획기적으로 높였다.

연구팀이 실험 데이터를 바탕으로 연산 능력을 검증한 결과, 복잡한 네트워크 구조에서 최적의 해를 찾는 '맥스컷(Max-Cut)' 문제에서도 우수성을 입증하며 실제 시스템으로의 확장 가능성을 드러냈다.

유 교수는 "이번 연구는 빛을 계산에 필요한 핵심 자원으로 활용해 저전력 확률컴퓨팅의 기반을 마련한 사례"라며 "향후 인공지능 추론, 차세대 반도체 설계, 엣지 컴퓨팅 등 다양한 첨단 산업 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.
 
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·정보통신기획평가원 주관 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 한양대 서주형·박태현 박사와 서울대 박준영 연구원이 제1저자로 이름을 올린   연구 성과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 15일 게재됐다.


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