실리콘 오실레이터·커플러를 사용한 아이징 머신. KAIST 제공한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 최양규 교수와 김상현 교수 공동 연구팀이 기존 실리콘 반도체 공정만을 활용해 차세대 최적화 전용 하드웨어인 '오실레이터 기반 아이징 머신(여러 진동 소자가 상호작용하며 최적 해를 찾아내는 특수 목적형 컴퓨터)'을 구현하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.
연구팀은 일정한 주기로 신호를 반복하는 진동소자인 '오실레이터'에 주목했다. 여러 개의 오실레이터가 서로 신호를 주고받으며 박자를 맞추는 과정에서 시스템은 자연스럽게 가장 안정적인 상태에 도달하고, 이 과정에서 최적의 해를 찾아낸다.
기존 아이징 머신은 오실레이터 간 미세한 주파수 편차를 정밀하게 제어하기 어렵고, 소자 간 연결도 제한적이어서 복잡한 문제를 푸는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 오실레이터와 이를 연결하는 커플러를 모두 단일 실리콘 트랜지스터(반도체의 기본 스위치 소자)로 구현하는 새로운 접근 방식을 도입했다.
이를 통해 오실레이터 간 주파수 편차를 줄여 안정적인 동기화를 가능하게 했으며, 커플러를 이용해 다중 상태 커플링을 구현, 문제의 가중치를 보다 정밀하게 반영할 수 있게 했고, 아이징 모델의 표현력과 해 탐색 성능을 동시에 크게 향상시켰다.
이번 연구의 가장 큰 특징은 특수 소재나 비표준 공정 없이, 현재 반도체 산업에서 사용하는 CMOS 공정을 그대로 활용했다는 점이다. 별도의 설비 투자 없이도 기존 반도체 생산 라인에서 대량 생산과 상용화가 가능하다는 장점을 갖고 있다.
최양규 교수는 "이번 연구는 오실레이터와 커플러를 모두 실리콘 소자로 구현해 확장성과 정밀도를 동시에 확보한 아이징 머신 하드웨어"라며 "반도체 설계 자동화, 통신 네트워크 최적화, 자원 분배 등 대규모 조합 최적화가 필요한 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대된다"고 말했다.