스페인, 6G 및 양자 기술용 비휘발성 재프로그래밍 가능 광자 칩 개발
호세 카프마니(José Capmany) 교수가 이끄는 발렌시아 공과대학 연구팀이 지속적인 전원 공급 없이 고속으로 작동하는 광자 칩을 개발했습니다. 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 발표된 결과는 6G 통신 및 양자 컴퓨팅에서 프로그래밍 가능한 집적 회로를 만드는 새로운 가능성을 열어줍니다.
과장 너머의 통찰: 호세 카프마니 팀의 스페인 비휘발성 광자 칩 분석
세계가 WWDC와 주요 AI 기업 CEO들의 한국 방문에 주목하는 동안, 발렌시아에서는 다른 일이 일어났습니다. 더 조용하고, 더 겸손하며, 아마도 더 중요할 것입니다. 발렌시아 공과대학의 호세 카프마니 교수가 이끄는 팀이 네이처 포토닉스에 발표한 결과는 2~3년 후 많은 사람들이 '전환점'이라고 부를 것입니다. 그리고 그 말이 맞을 것입니다.
일반인은 '비휘발성 재프로그래밍 가능 칩'이라고 읽습니다. 업계 전문가는 열광학 히터의 종말과 빛이 실리콘처럼 '기억'하지만 과열되지 않는 시대의 시작을 봅니다. 이것은 단순한 또 다른 칩이 아닙니다. 지난 15년간 광자 집적 회로를 지배해 온 정석에서의 이탈입니다.
핵심: 실제로 무슨 일이 일어나고 있는가
카프마니와 그의 팀은 광자 프로세서의 확장을 막아온 근본적인 문제를 해결했습니다. 오늘날까지 모든 프로그래밍 가능한 광자 칩(본질적으로 '빛을 위한 마이크로프로세서')은 빛의 위상을 변경하기 위해 미세 저항기를 지속적으로 가열해야 했습니다(소위 열광학 효과). 이러한 각 히터는 에너지를 소비하고 패키지를 가열하며 수천 개의 구성 요소를 가진 칩을 만드는 것을 불가능하게 만듭니다.
연구진은 아키텍처를 교체했습니다. 지속적인 가열 대신 실리콘 + 티탄산바륨(BaTiO₃)의 하이브리드 플랫폼을 사용했습니다. 이는 강유전체 재료로, 전원이 차단된 후에도 분극(따라서 구성된 광학 상태)을 유지합니다. 대략적으로 말하면, 빛을 위한 비휘발성 플래시 메모리의 아날로그를 광학 경로 전환 수준에서 만든 것입니다.
수치가 말해줍니다. 전환 시간은 약 80나노초입니다. 이는 열광학 시스템(마이크로초 단위로 작동)보다 두 자릿수 더 우수합니다. 정적 전력 소비는 사실상 0입니다. 현재 기술에서는 프로그래밍 가능한 매트릭스의 각 요소가 24시간 내내 와트 단위의 열을 필요로 합니다. 여기서는 구성에 전력이 전혀 필요하지 않습니다.
일정 및 맥락
카프마니 팀은 이 분야의 신인이 아닙니다. 그들은 오랫동안 프로그래밍 가능한 포토닉스 분야의 세계적 선두주자였습니다. 카프마니가 공동 창업한 스핀오프 회사 iPronics는 2025년 Triatomic Capital의 참여로 2천만 유로의 투자 유치를 마감했으며, 이미 Vodafone과 솔루션을 테스트하고 있습니다.
그러나 현재 네이처 포토닉스에 발표된 결과는 컨소시엄의 결과입니다:
| 참여자 | 역할 | 국가 |
|---|---|---|
| Lumiphase AG | 재료 공급 | 스위스 |
| CEA Leti | 실리콘 포토닉스 프로토타입 제조 | 프랑스 |
| 그리스 대학 | 과학 파트너 | 그리스 |
이는 칩 제조에서 미국과 중국의 독점에 대한 유럽의 대응입니다.
중요한 맥락: 2026년 4월. 불과 두 달 전, 같은 카프마니 팀이 Advanced Photonics에 새로운 정보 이론인 '아날로그 광자 정보(API)'를 발표하고 '앤빗(anbit)'(아날로그 비트) 개념을 도입했습니다. 이 앤빗은 디지털 비트보다 10100배 더 많은 정보를 전달할 수 있지만, 처리를 위해 근본적으로 새로운 하드웨어가 필요합니다. 지금 발표된 칩은 그 이론의 첫 번째 물리적 구현체입니다. 먼저 수학(2026년 4월), 이제 작동하는 프로토콜(2026년 6월). 엄청난 속도입니다. 이것이 지금 중요한 이유는 무엇일까요? AI, 6G, 사물 인터넷의 데이터 폭증이 단순히 전자 장치를 압도하고 있기 때문입니다. 카프마니 자신의 추정에 따르면, 전자 장치는 물리적 한계의 8590%에 도달했습니다. 다음 10년의 경쟁은 포토닉스를 위한 경쟁입니다. 스페인이 장벽을 세웠습니다.
누가 이기고 누가 지는가
유럽 전체가 이기고, 특히 스페인이 이깁니다. 유럽에는 이미 세 개의 광자 칩 공장 메가프로젝트가 있습니다: 비고(III-V 재료), 바르셀로나(실리콘), 발렌시아(하이브리드 실리콘-티탄산바륨). 이제 발렌시아는 공장뿐만 아니라 아키텍처 우위도 갖추었습니다. CEA Leti(프랑스)가 개발에 참여했으므로 프랑스는 이 노하우를 자사 라인에 적용할 수 있습니다.
iPronics가 이깁니다. 연구실의 상업 부문입니다. CTO 다니엘 페레즈(Daniel Pérez)는 '주요 장애물 극복'을 직접 언급합니다. 이러한 칩을 통해 iPronics는 단순한 '광자 FPGA'가 아니라 '유휴 상태에서 가열되지 않고 전력을 소비하지 않는 광자 FPGA'를 판매할 수 있습니다. 전기 요금이 인건비 다음으로 두 번째로 큰 지출인 데이터 센터의 경우, 이는 거절할 수 없는 제안입니다.
6G 및 양자 기술 개발자가 이깁니다. 80나노초는 장애 조치 중 데이터 센터의 패킷 스위칭에 충분히 빠릅니다. 그리고 열이 없다는 것은 양자 컴퓨팅에 매우 중요합니다. 큐비트용 광자 집적 회로는 기생 열로 인해 어려움을 겪습니다. 이제 이 장벽이 제거되었습니다.
기존 열광학 칩 제조업체가 집니다. 가열을 통한 도핑된 실리콘 기반 기술에 수십억을 투자한 스타트업과 R&D 센터. '열을 통한 위상 제어'에 대한 특허는 구식이 됩니다. 일부(Klein Tools나 LioniX 등)는 긴급히 티탄산바륨으로 전환해야 할 것입니다.
엔비디아(NVIDIA)가 (부분적으로) 집니다. 말도 안 되게 들리지만, 추세는 분명합니다. AI용 광자 가속기가 점차 현실이 되고 있습니다. 엔비디아가 지배하는 동안, 포토닉스는 엄청난 속도로 아날로그 컴퓨팅을 가능하게 합니다. iPronics가 칩을 수천 개의 프로그래밍 가능 요소로 확장한다면, 일부 선형 대수 작업(행렬 곱셈)은 GPU에서 광자 보드로 이동할 것입니다. 장기적인 위협이지만, 지금 구체화되고 있습니다.
언론이 말하지 않는 것
그리고 '스페인의 돌파구'에 대해 쓰는 누구도 보지 못할 주요 통찰이 있습니다.
언론은 티탄산바륨(BaTiO₃)이 제조에서 매우 까다로운 재료라는 점을 언급하지 않습니다. 실리콘과의 통합은 대량 생산에 '해결 불가능'한 것으로 간주되었습니다. 카프마니 팀은 Lumiphase AG 및 CEA Leti와 함께 Intel과 GlobalFoundries가 실험 라인에서 해내지 못한 일을 해냈습니다. 그들은 강유전체 특성을 유지하면서 표준 실리콘 칩에 BaTiO₃를 증착하거나 성장시키는 방법을 찾았습니다. 이 공정이 상업용 라인으로 이전된다면, 전자가 실리콘을 제어하고 빛이 데이터를 처리하는 하이브리드 전자-광자 아키텍처로 가는 문이 열릴 것입니다. 가열 없이 스위칭이 가능합니다.
두 번째 미묘한 점: 80나노초는 좋지만, CPU에는 여전히 느립니다. 12.5MHz(1/80ns)의 스위칭 주파수는 기가헤르츠 전자 트랜지스터에 비해 초라해 보입니다. 즉, 칩은 로직을 대체하지 않고 재구성 가능한 광학 매트릭스(흐름 라우터)로 작동하며, 실시간 컴퓨팅 코어로 작동하지 않습니다. 그러나 6G 스위칭 및 광자 프로세서 재구성에는 이상적입니다.
세 번째 미묘한 점: 정적 전력 소비는 0이지만, 동적(스위칭) 전력은 여전히 필요합니다. 80나노초 게이트를 스위칭하는 데는 여전히 전력이 필요합니다. 그러나 주요 성과는 다른 곳에 있습니다: 이전에는 1000개의 히터가 있는 칩이 지속적으로 100W를 소비했습니다. 이제 1000개의 스위치가 있는 칩은 대기 상태에서 0W를 소비하고 재구성 중에만 전력이 급증합니다. 배터리로 작동하는 IoT 장치와 휴대용 양자 센서의 경우, 이는 게임 체인저입니다. 인정하건대, 차이는 상당합니다.
예측: 향후 30일 및 90일
30일:
- iPronics의 로드맵. 회사는 신기술을 기반으로 한 상용 필드 프로그래밍 가능 광자 게이트 어레이(FPPGA) 계획을 발표할 것입니다. 일정: 18
24개월. 생산 라인 투자: 약 3천만4천만 유로. - 하이퍼스케일러의 관심. Google, AWS, Microsoft(이미 iPronics 프로토타입을 테스트한)는 데이터 센터용 엔지니어링 샘플을 요청할 것입니다. 초점: 대규모 AI 클러스터에서 광학 스위칭에 칩을 사용하여 전자 스위치를 광자 스위치로 교체하면 수백 메가와트를 절약할 수 있습니다.
- 과학적 논쟁. MIT와 Caltech의 프리프린트가 등장하여 '긴 스위칭 시간'(액정을 사용하는 경쟁사의 '이론적 한계'인 피코초와 비교하여 80ns)을 비판할 것입니다. '광자 전쟁'이 시작됩니다.
90일(2026년 9월):
- 유럽 광자 생태계의 통합. NEoteRIC 프로젝트(생의학 포토닉스 응용)가 이미 이 칩을 사용하고 있으므로, 첫 번째 상용 제품인 비휘발성 광자 칩으로 구동되는 휴대용 분광계 또는 혈액 분석 센서를 보게 될 것입니다. 이는 제약 대기업(Roche, Bayer)의 관심을 끌 것입니다.
- ASML과의 협상 시작. ASML(네덜란드)은 EUV 스캐너용 광학 장치에 관심이 있습니다. UPV의 BaTiO₃ 기술은 리소그래피 기계에서 더 정밀하고 에너지 효율적인 제어 요소를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
- 특허 풀. iPronics와 UPV는 '비휘발성 필드 프로그래밍 가능 광자 게이트 어레이' 아키텍처에 대한 국제 특허를 출원할 것입니다. 이는 상변화 재료(GST, SbTe)로 동일한 문제를 해결하려는 중국 경쟁업체에 대한 보호 장벽을 만들 것입니다.
전략가를 위한 결론
호세 카프마니가 무엇을 해냈을까요? 이것은 단순한 엔지니어링 성과가 아닙니다. 포토닉스를 '흥미로운 실험실 기술'에서 '실현 가능한 산업적 대안'으로 전환한 것입니다. 이전에는 프로그래밍 가능한 포토닉스가 열 장벽에 부딪혔습니다. 복잡한 칩을 만들려면 막대한 전력을 공급하고 열 방출 문제를 해결해야 했습니다. 이제 그 장벽은 사라졌습니다. 칩은 수천, 수만 개의 요소로 확장되어 구성 변경 시에만 에너지를 소비하는 진정한 광자 프로세서를 만들 수 있습니다.
전자 칩 혁명을 놓친 유럽(ASML이 유일한 희망)에게 이것은 차세대 기술 패러다임에서 틈새를 개척할 기회입니다. 투자자에게는 BaTiO₃를 다루고 강유전체를 표준 CMOS 리소그래피에 통합하는 회사에 주목하라는 신호입니다. 지금 진입하는 사람들은 3년 후 6G와 포스트실리콘 컴퓨팅이 주류가 될 때 그 혜택을 누릴 것입니다.
— Editorial Team
아직 댓글이 없습니다.