고급 컴퓨팅 기술: 나노제조에서 뉴로모픽 시스템까지

첨단 컴퓨팅 기술은 빠른 속도와 낮은 전력 소비를 달성하기 위해 큰 진전을 이루고 있습니다. 이 분야의 주요 발전에는 저렴한 비용으로 더 빠르고 더 작은 칩을 구축하기 위해 계층형 설계를 사용하는 새로운 실리콘 아키텍처가 포함됩니다.

Advanced computing technologies are making great progress toward achieving high speed and low power consumption.

첨단 컴퓨팅 기술은 빠른 속도와 낮은 전력 소비를 달성하기 위해 큰 진전을 이루고 있습니다.

Key advancements in this field include novel silicon architectures that use layered designs to build faster and smaller chips at a lower cost. Meanwhile, photonic computing utilizes light waves to process and store data. With the speed of light simply unsurpassable, this can offer high speed and low latency.

이 분야의 주요 발전에는 저렴한 비용으로 더 빠르고 더 작은 칩을 구축하기 위해 계층형 설계를 사용하는 새로운 실리콘 아키텍처가 포함됩니다. 한편, 광자 컴퓨팅은 광파를 활용하여 데이터를 처리하고 저장합니다. 빛의 속도는 도저히 따라갈 수 없기 때문에 빠른 속도와 낮은 대기 시간을 제공할 수 있습니다.

Then, there is biological computing, where information is encoded and stored in biological cells, propelled by progress made in nanobiotechnology. Quantum computing also offers significant potential, solving complex problems faster than today's computers by leveraging quantum superposition, entanglement, and interference.

그다음에는 나노생명공학의 발전에 힘입어 정보가 생물학적 세포에 암호화되어 저장되는 생물학적 컴퓨팅이 있습니다. 양자 컴퓨팅은 또한 양자 중첩, 얽힘 및 간섭을 활용하여 오늘날의 컴퓨터보다 더 빠르게 복잡한 문제를 해결하는 상당한 잠재력을 제공합니다.

Moreover, neuromorphic computing mimics the neural systems of our brains to perform parallel computations; cloud computing moves processing to remote or virtual locations; and edge computing shifts processing from centralized facilities closer to end users.

더욱이 뉴로모픽 컴퓨팅은 우리 두뇌의 신경 시스템을 모방하여 병렬 계산을 수행합니다. 클라우드 컴퓨팅은 처리를 원격 또는 가상 위치로 이동합니다. 엣지 컴퓨팅은 처리를 중앙 집중식 시설에서 최종 사용자에게 더 가깝게 이동합니다.

All these developments in computing technology, which focus on tools and systems for processing, storing, and communicating data, have led to unprecedented advancements in fields including artificial intelligence (AI) and data analytics.

데이터 처리, 저장, 전달을 위한 도구와 시스템에 초점을 맞춘 컴퓨팅 기술의 이러한 모든 발전은 인공 지능(AI) 및 데이터 분석을 포함한 분야에서 전례 없는 발전을 가져왔습니다.

Ongoing research in the field has led to continued and rapid innovation in computing techniques, with scientists now going even deeper to achieve better, faster, and more efficient results.

현장에서 진행 중인 연구는 컴퓨팅 기술의 지속적이고 빠른 혁신으로 이어졌으며, 이제 과학자들은 더 좋고, 더 빠르고, 더 효율적인 결과를 얻기 위해 더 깊이 연구하고 있습니다.

Breakthrough in Laser Nanoscale Fabrication in Silicon

실리콘 레이저 나노스케일 제조의 획기적인 발전

Researchers from Bilkent University, Turkey, recently achieved a significant breakthrough by developing a technique for fabricating nanostructures deep inside silicon wafers. 

터키 빌켄트 대학교(Bilkent University) 연구원들은 최근 실리콘 웨이퍼 내부 깊숙한 곳에 나노구조를 제조하는 기술을 개발하여 획기적인 발전을 이루었습니다.

The new method enables nanofabrication within silicon through spatial light modulation and laser pulses, creating advanced nanostructures that will benefit electronics and photonics.

새로운 방법은 공간적 광 변조와 레이저 펄스를 통해 실리콘 내에서 나노제조를 가능하게 하여 전자공학과 포토닉스에 도움이 되는 고급 나노구조를 생성합니다.

The study focused on silicon, the foundation of electronics, photonics, and photovoltaics. As a semiconductor, Silicon's electrical conductivity lies between that of an insulator and a pure conductor. It is the second most abundant element in the Earth's crust, possessing both metallic and non-metallic properties. Additionally, Silicon's excellent electrical properties, including its relatively small energy gap, make it an important material in the semiconductor industry.

이번 연구는 전자공학, 포토닉스, 광전지의 기초인 실리콘에 초점을 맞췄다. 반도체로서 실리콘의 전기 전도도는 절연체와 순수 전도체의 중간에 있습니다. 이는 지각에서 두 번째로 풍부한 원소로 금속 및 비금속 특성을 모두 갖고 있습니다. 또한 상대적으로 작은 에너지 갭을 포함하여 실리콘의 뛰어난 전기적 특성으로 인해 실리콘은 반도체 산업에서 중요한 소재가 됩니다.

However, silicone has been limited to surface-level nanofabrication due to the difficulties posed by existing lithographic techniques. Current methods are either unable to penetrate the surface of the wafer without causing any changes or are restricted by the resolution of laser lithography. Additionally, existing techniques do not allow for high-precision modulation deep within the wafer. 

그러나 실리콘은 기존 리소그래피 기술의 어려움으로 인해 표면 수준의 나노제조로 제한되었습니다. 현재 방법은 변화를 일으키지 않고 웨이퍼 표면을 관통할 수 없거나 레이저 리소그래피의 해상도에 의해 제한됩니다. 또한 기존 기술은 웨이퍼 내부 깊은 곳에서 고정밀 변조를 허용하지 않습니다.

If devices could be directly fabricated inside the bulk of this metal without altering the wafer's top or bottom surface, it would set a new standard.

웨이퍼의 상단이나 하단 표면을 변경하지 않고 이 금속 덩어리 내부에서 장치를 직접 제작할 수 있다면 새로운 표준이 될 것입니다.

Of course, that means getting past all these challenges of a greater-than-1-micron fabrication resolution limit while simultaneously achieving multi-dimensional nanoscale control inside the wafer. Doing so, however, would be a magic advance, enabling 3D nanophotonics novel functionalities and leading to metasurfaces inside Si. 

물론 이는 1미크론보다 큰 제조 분해능 한계라는 모든 문제를 극복하는 동시에 웨이퍼 내부에서 다차원 나노스케일 제어를 달성하는 것을 의미합니다. 그러나 그렇게 하는 것은 3D 나노포토닉스의 새로운 기능을 가능하게 하고 Si 내부의 메타표면으로 이어지는 마법의 발전이 될 것입니다.

The latest research went on to exploit spatially modulated laser beams and anisotropic feedback from preformed subsurface structures to achieve this. This allowed the team to establish controlled nanofabrication capability inside Si by manipulating matter at the nanoscale. 

최신 연구에서는 이를 달성하기 위해 공간적으로 변조된 레이저 빔과 미리 형성된 지하 구조의 이방성 피드백을 활용했습니다. 이를 통해 팀은 나노 규모에서 물질을 조작하여 Si 내부에서 제어된 나노제조 능력을 확립할 수 있었습니다.

To elaborate, the Bilkent team addressed the challenge of complex optical effects within the wafer and the inherent diffraction limit of the laser light by utilizing the unique laser pulse, which was created by modulating the spatial. The spatially modulated laser pulses correspond to a Bessel function. 

자세히 설명하자면, Bilkent 팀은 공간 변조를 통해 생성된 고유한 레이저 펄스를 활용하여 웨이퍼 내의 복잡한 광학 효과와 레이저 광의 고유한 회절 한계 문제를 해결했습니다. 공간적으로 변조된 레이저 펄스는 베셀 함수에 해당합니다.

The optical scattering effects, which had been obstructing the precise deposition of energy, were then overcome by the special laser beam's non-diffracting nature. This non-diffracting nature is created with advanced holographic projection techniques, which allows for the precise localization of energy. This leads to high enough pressure and temperature values to modify the material at a small volume. 

에너지의 정확한 축적을 방해하던 광학 산란 효과는 특수 레이저 빔의 비회절 특성으로 극복되었습니다. 이러한 비회절 특성은 에너지의 정확한 위치 파악을 가능하게 하는 고급 홀로그램 투영 기술을 통해 생성됩니다. 이로 인해 작은 부피에서도 재료를 변형할 수 있을 만큼 충분히 높은 압력과 온도 값이 생성됩니다.

According to Onur Tokel, Professor at the Department of Physics:

물리학과 교수인 Onur Tokel에 따르면:

“Our approach is based on localizing the energy of the laser pulse within a semiconductor material to an extremely small volume, such that one can exploit emergent field enhancement effects analogous to those in plasmonics. This leads to sub-wavelength and multi-dimensional control directly inside the material.”

“우리의 접근 방식은 반도체 재료 내에서 레이저 펄스의 에너지를 극히 작은 부피로 국한시키는 것에 기반을 두고 있으며, 이를 통해 플라즈모닉에서와 유사한 새로운 장 강화 효과를 활용할 수 있습니다. 이는 재료 내부에서 직접적으로 하위 파장 및 다차원 제어로 이어집니다.”

He added:

그는 다음과 같이 덧붙였습니다.

“We can now fabricate nanophotonic elements buried in silicon, such as nanogratings with high diffraction efficiency and even spectral control.”

"이제 우리는 높은 회절 효율과 스펙트럼 제어 기능을 갖춘 나노 격자와 같이 실리콘에 묻혀 있는 나노광자 요소를 제작할 수 있습니다."

This was followed by an emergent seeding effect, where nano-voids performed on the subsurface created a strong field enhancement in their close surroundings. Once established, the resulting field enhancement sustains itself, which means that the creation of earlier nanostructures helps fabricate the later nanostructures. 

이는 지하 표면에서 수행된 나노 보이드가 가까운 주변 환경에서 강력한 필드 강화를 생성하는 긴급 시딩 효과로 이어졌습니다. 일단 확립되면 결과적인 전계 강화가 지속됩니다. 즉, 초기 나노구조의 생성이 이후의 나노구조를 제작하는 데 도움이 된다는 것을 의미합니다.

Meanwhile, the use of laser polarization provided researchers with additional control over nanostructures' alignment and symmetry at the nanoscale, which allows the accurate development of varied nano-arrays.

한편, 레이저 편광의 사용은 연구자에게 나노크기에서 나노구조의 정렬 및 대칭에 대한 추가 제어를 제공하여 다양한 나노 어레이의 정확한 개발을 가능하게 했습니다.

“By leveraging the anisotropic feedback mechanism found in the laser-material interaction system, we achieved polarization-controlled nanolithography in silicon.”

"레이저-재료 상호작용 시스템에서 발견된 이방성 피드백 메커니즘을 활용하여 실리콘에서 편광 제어 나노리소그래피를 달성했습니다."

– The study lead author, Dr. Asgari Sabet 

– 연구 주저자 Asgari Sabet 박사

This new fabrication method has achieved feature sizes as small as 100 nm, which is a great improvement over the conventional regimes. 

이 새로운 제조 방법은 100 nm만큼 작은 피처 크기를 달성했으며 이는 기존 방식에 비해 크게 개선되었습니다.

This study could have considerable

이 연구는 상당한