軍, '전자' 대신 '빛'으로 AI 연산한다…광학신경망 기술 연구

(서울=뉴스1) 김기성 기자 = 국방과학연구소(ADD)가 '빛'의 물리적 현상을 이용해 인공지능(AI) 연산을 보다 빠르고, 저렴하게, 또 동시에 대규모로 처리할 수 있는 기술 연구에 나섰다.

14일 군에 따르면 ADD는 최근 '광학신경망 활성화 함수 적용을 위한 비선형 광소자 연구'를 발주하고 위탁 연구 수행기관을 모집하고 있다. 연구 기간은 올해 10월부터 오는 2028년 4월까지다.

이번 연구는 올해 신규 착수한 미래도전국방기술 연구개발 과제인 '광학신경망 기반 광파면 왜곡 보상 기술'의 세부 과제다.

광학신경망은 기존 인공신경망의 컴퓨터 연산을 빛의 물리적 현상으로 대신하는 신기술이다. 빛이 렌즈, 거울 등 광학소자를 통과하면서 일어나는 굴절, 회절과 같은 물리적 현상을 연산에 활용하는 방식으로, 전자회로를 이용한 기존 컴퓨팅과는 다른 접근법이다.

이 기술은 고속, 저전력으로 병렬 추론이 가능하다는 장점이 있으나 현재 대부분의 광학신경망 구조는 선형 연산에 머물러 있어 추론 성능에 한계가 있다.

인공신경망에서 '활성화 함수'는 연산에 비선형성을 부여해 복잡한 패턴을 학습할 수 있도록 하는 역할을 한다. ADD는 이 같은 활성화 함수를 비선형 광학 효과를 이용해 광학신경망에서도 구현할 수 있을지 살펴볼 계획이다.

광파면 왜곡 보상 기술은 대기나 매질 등의 영향으로 흐트러진 빛을 보정하는 데 활용될 수 있다. 해외에서는 관련 기술을 고출력 레이저와 장거리 광학 감시·추적, 광통신 등의 분야에 활용하기 위한 연구도 진행되고 있다.

방위산업계 등에서는 광학신경망 기술을 조기도입해 AI에 활용하면 정찰 드론과 감시 정찰위성 등 감시 자산이 획득한 정보를 보다 빠른 속도로 수집 분석해 전장 분석 속도가 오를 것으로 기대하고 있다.

ADD 관계자는 "인공신경망에서 활성화 함수는 비선형성을 부여해 복잡한 패턴의 학습을 가능하게 한다"면서 "비선형 광학 효과 기반 광학신경망 활성화 함수의 구현 가능성을 살피기 위한 비선형 광소자 연구가 필요하다"고 연구에 나선 배경을 설명했다.

구체적인 연구내용은 연필심의 소재인 흑연의 탄소층을 활용한 신소재 그래핀 등 저차원 물질의 비선형 광학 이론을 분석하고 광섬유에서 손실이 최소화하는 1550㎚(나노미터) 파장 대역에서의 비선형 굴절률을 분석해 '광학 커 효과'를 높이는 구조를 설계하는 것이다.

연구에는 저차원 물질 시료를 직접 제작하고 다양한 광 세기와 파장 조건에서 비선형 굴절률을 측정하는 등 저출력 광신호로 비선형 효과가 발생하는 조건 등을 확인하는 과제도 지정돼 있다.

goldenseagull@news1.kr