대화형 인공 지능 서비스 Chat GPT(챗 지피티)의 공개로 인공지능에 대한 세계의 관심이 뜨겁다. 이런 AI 열풍에 순풍이 불었다. POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀이 빛의 속도로 계산을 수행할 수 있도록 하는 메타물질 기반의 광학 컴퓨터의 가능성을 확인했다.

POSTECH 기계공학과·화학공학과 노준석 교수· 인공지능대학원 트레본 베드로(Trevon Badloe) 박사·기계공학과 석박사통합과정 이석호 씨 연구팀이 메타물질을 이용해 미분·적분과 같은 기본 연산의 광학적, 물리적 구현을 소개하고, 메타물질을 이용한 인공 신경망을 확인했다. 이번 연구성과는 광학분야 권위지 ‘어드밴스드 포토닉스(Advanced Photonics)’에 게재됐다.

4차 산업 혁명이 시작되면서 정보의 양의 폭발적으로 증가하고 있으며 그에 맞춰 기존의 전자 컴퓨터를 뛰어넘는 새로운 컴퓨팅 시스템의 필요성이 더욱 커지고 있다. 광 컴퓨팅은 빛의 속도로 계산을 수행할 수 있고, 대규모 병렬화가 가능하며, 연산에 극도로 낮은 에너지 소비만을 필요로 한다는 장점 덕분에 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 지금까지의 전자식 컴퓨터는 전자를 기본 단위로 하여 연산을 진행했다면, 광 컴퓨팅은 빛을 이용해 계산을 수행하기 때문에 빛의 속도로 계산할 수 있다.

연구팀은 메타물질을 이용해 미분과 적분 같은 기본 연산을 빛의 속도로 처리 하고, 인공 신경망 컴퓨팅을 구현했다. 메타물질은 이차원적인 구조 때문에 이미지를 이용한 연산에 강점을 보인다. 예를 들어, ‘윤곽선(edge)’라는 이미지 정보를 처리할 때 기존 시스템에서는 카메라로 이미지를 촬영하고 컴퓨터로 후처리를 통해서 그 정보를 얻을 수 있었다. 하지만 메타표면을 이용하면 메타표면을 지나기만 하면 ‘엣지’의 정보를 바로 얻게 된다. 또한, 이미지를 처리하는 인공 신경망을 구현하면서 인공지능의 복잡한 연산을 빛의 속도로 처리할 수 있게 된다.

연구를 주도한 노준석 교수는 “이번 연구를 통해 메타물질을 이용한 광학 컴퓨팅의 장점, 극복해야 하는 문제, 미래 방향을 제시하고자 한다”며, “이 연구가 메타물질을 이용한 광학 컴퓨팅 플랫폼 분야를 연구하는 사람들에게 도움이 되기를 기대한다”고 말했다.

한편, 이 연구는 포스코 산학연 융합연구소 사업 등의 지원으로 수행됐다.