인공지능의 미래를 재편할 혁신적인 연구 결과가 나왔다. 우리 집에 인터넷을 공급하는 데 쓰이는 유리섬유가 머지않아 실리콘을 대신해 AI 연산 시스템의 토대가 될 수 있다는 것이다.
핀란드 탐페레 대학교의 마틸드 하리 박사와 프랑스 마리 에 루이 파스퇴르 대학교의 안드레이 에르몰라예프 박사가 이끄는 공동 연구팀은, 극초박형 유리섬유를 통과하는 강렬한 레이저 펄스가 기존 전자식 시스템보다 수천 배 빠른 속도로 AI 유사 연산을 수행할 수 있음을 입증했다.
"기존 전자회로나 알고리즘 대신, 강한 빛 펄스와 유리 사이의 비선형 상호작용을 활용해 연산을 수행합니다."라고 하리와 에르몰라예프 박사는 설명했다. 이 시스템은 신경망에서 영감을 받은 '익스트림 러닝 머신(Extreme Learning Machine)' 방식을 구현해, 이미지 인식 등 다양한 작업에서 거의 최첨단 수준의 결과를 1조 분의 1초 이내에 달성했다.
이번 성과는 AI 발전의 새로운 과제를 해결할 수 있는 돌파구로 주목받는다. AI 모델이 점점 복잡해지면서, 기존 실리콘 기반 시스템은 대역폭, 데이터 처리량, 에너지 소비 측면에서 한계에 다다르고 있다. 전기 대신 빛을 활용하는 광학 연산 방식은 처리 속도를 획기적으로 높이는 동시에, 전력 소모까지 줄일 수 있어 AI 시스템의 에너지 수요가 급증하는 데이터센터 환경에서 중요한 진전을 이룰 것으로 기대된다.
연구진은 분산, 비선형성, 양자 잡음 등 다양한 요소가 성능에 미치는 영향을 모델링해 차세대 하이브리드 광-전자 AI 시스템 설계에 필수적인 지식을 제공했다. "비선형 광섬유 광학 분야의 기초 연구가 새로운 연산 방식을 이끌 수 있음을 보여줍니다. 물리학과 머신러닝을 융합함으로써, 우리는 초고속·초저전력 AI 하드웨어로 가는 새로운 길을 열고 있습니다."라고 프로젝트 책임자들은 밝혔다.
향후 연구팀은 실험실을 넘어 실시간으로 작동하는 온칩 광학 시스템 개발을 목표로 하고 있다. 이 기술은 실시간 신호처리, 환경 모니터링, 초고속 AI 추론 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 통신부터 자율주행차에 이르는 산업 전반에 혁신을 가져올 전망이다. 이번 연구는 핀란드 연구위원회, 프랑스 국립연구청, 유럽연구위원회의 지원을 받았다.