"발진기 기반 컴퓨팅 (Oscillator-based computing)"은 헤드라인을 많이 장식하는 용어는 아니지만, 이 계산 분야는 진화하며 유망한 모습을 보여주고 있습니다. 최근의 인상적인 발전은 한 실험에서 비롯되었습니다. 이 실험에서 과학자들은 보고에 따르면 매우 적은 에너지를 사용하여 단 45나노초(nanoseconds) 만에 105,000개의 나노 발진기 (nano-oscillators)를 동기화하는 데 성공했습니다.

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A hand holding the Ryzen 7 9850X3D.

(이미지 출처: Tom's Hardware)

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비전문가적인 용어로 설명하자면, 미세한 자석들로 이루어진 전체 그리드(grid)는 한 번 교란되면 자석 고유의 스핀(spin)만을 사용하여 단 45ns(나노초) 만에 완전히 스스로 동기화되었습니다. 이는 마치 수면 위의 잔물결을 생각하면 됩니다. 각 발진기(oscillator)의 크기는 10~20nm에 달하며, 105,000개를 동기화한 이번 결과는 64개의 발진기를 사용했던 이전 시연보다 거의 1,000배 업그레이드된 것으로, 이 기술이 확장 가능하다는 것을 입증합니다. 이번 새로운 실험에서 발진기 수가 추가됨에 따라 동기화 시간은 거의 증가하지 않았습니다. 100개의 발진기일 때는 10ns였으나, 105,000개일 때도 45ns로만 증가했습니다.

이것이 컴퓨팅에 의미하는 바는, 그리드가 전파되는 파동(propagating waves)을 통해 직접적 또는 간접적으로 표현될 수 있는 특정 범주의 문제들을 해결할 수 있다는 것입니다. 넓게 말하면 파동, 통계, 근사(approximation), 패턴 인식(pattern recognition)과 관련된 대부분의 작업이 대상이 됩니다. 이 기사는 발진기 그리드에 의해 구현 가능한 사례로 이징 머신 (Ising machines)과 리저버 컴퓨팅 (reservoir computing)을 언급합니다. 어느 시점에는 발진기의 주파수(frequency), 위상(phase), 결합 강도(coupling strength)를 조절함으로써 그리드를 프로그래밍 가능하게 만들 수도 있습니다. 결과는 그리드가 동기화된 상태로 어떻게 안착하는지를 측정함으로써 읽어냅니다.

여기서 더 나아가, 실질적인 응용 분야로는 고속 통신 네트워크, 금융 및 과학 모델링, 실시간 데이터 분석, 그리고 AI 가속화까지 포함됩니다. 연구 논문은 특히 이 그리드가 수십 GHz의 속도로 작동할 수 있으며, 그 과정에서 상대적으로 적은 에너지를 소비할 수 있다고 명시하고 있습니다. 발진기 그리드가 안정화되는 데 걸리는 45나노초라는 수치는 일반적인 CPU가 전체 행렬(matrix)에 대해 단 한 번의 계산을 수행하는 데 걸리는 시간과 대략적으로 유사할 것입니다.

결맞음 (coherence)을 유지하기 위해 광범위하고 어려운 오류 수정 (error correction)이 필요한 양자 컴퓨팅 (quantum computing)과 달리, 이 발진기 어레이 (oscillator array)는 안정화되면 매우 선명한 신호를 생성합니다. 이 발진기 실험의 품질 계수 (quality factor)는 100만 이상이었으며, 이는 결과로 나타나는 파동 주파수 (wave frequency)가 매우 명확하게 정의되어 읽기 쉬웠음을 의미합니다. 이는 마치 소리굽쇠 (tuning fork)가 내는 정확한 음높이를 생각하면 됩니다. 자세한 내용을 확인하려면 여기에서 연구 논문을 읽어보세요.