수천 년이 걸리는 '조합 최적화'(가능한 모든 경우 가운데 가장 효율적인 답을 찾는) 문제를 해결할 수 있는 길이 열렸다.

6일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 전기및전자공학부 최양규·김상현 교수 연구팀이 기존 실리콘 반도체 공정만을 활용해 차세대 최적화 전용 하드웨어인 '오실레이터 기반 아이징 머신'(여러 진동 소자가 상호작용하며 최적 해답을 찾아내는 특수 목적형 컴퓨터)을 구현하는 데 성공했다.

기존 아이징 머신은 오실레이터 간 미세한 주파수 편차(각 소자의 진동 속도 차이)를 정밀하게 제어하기 어렵고, 소자 간 연결도 제한적이라서 복잡한 문제를 푸는 데 한계가 있었다.

연구팀은 오실레이터와 이를 연결하는 커플러(소자 간 상호작용 강도를 조절하는 장치)를 모두 단일 실리콘 트랜지스터(반도체의 기본 스위치 소자)로 구현하는 새로운 접근 방식을 도입했다.

연구팀은 해당 기술을 활용해 대표적인 조합 최적화 문제인 '최대 절단'(네트워크를 두 그룹으로 나눌 때 연결을 최대화하는 문제)을 해결하는 데 성공했다.

이 문제는 물류 경로 최적화, 금융 포트폴리오 구성, 반도체 회로 배치 등 다양한 산업 분야에 직접 활용될 수 있다.

연구팀은 특수 소재나 비표준 공정 없이 현재 반도체 산업에서 사용하는 CMOS(상보형 금속산화물 반도체) 공정을 그대로 활용했다. CMOS는 현대 반도체 제조의 가장 표준이 되는 공정 기술로, 전력 소모가 매우 적고 열이 많이 나지 않아 스마트폰, 컴퓨터의 CPU 등 거의 모든 디지털 기기의 두뇌 역할을 하는 칩을 만드는 데 사용한다.

최양규 교수는 "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 것"이라고 말했다.