DARPA의 새로운 승부수: 광자 칩의 혁명, 'PICASSO' 프로젝트

미 국방고등연구계획국(DARPA)에서 발표한 따끈따끈한 새 프로젝트, PICASSO에 대해 이야기해 보려 합니다.

반도체의 미세 공정이 물리적 한계에 다다르면서, 많은 이들이 '빛(Photonics)'으로 눈을 돌리고 있습니다. 전자가 아닌 빛으로 신호를 주고받는 광 집적 회로(Photonic Integrated Circuit, PIC)가 바로 그 주인공인데요. 하지만 이 기술에도 치명적인 병목 현상이 있었습니다.

DARPA는 이 병목을 어떻게 해결하려 할까요? 지금부터 PICASSO 프로그램을 낱낱이 파헤쳐 보겠습니다.

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1. PICASSO란 무엇인가요?

PICASSO는 Photonic Integrated Circuit Architectures for Scalable System Objectives의 약자입니다.

직역하자면 '확장 가능한 시스템 목표를 위한 광 집적 회로 아키텍처' 정도가 되겠네요. 이름에서 알 수 있듯이, 이 프로그램의 핵심은 개별 '부품'이 아니라 '전체 아키텍처(설계 구조)'를 뜯어고치는 데 있습니다.

🎯 목표: 단순한 부품 개선을 넘어, 회로와 시스템 레벨의 혁신을 통해 초대규모 광 집적(VLPI, Very Large-Scale Photonic Integration) 시대를 여는 것.

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2. 왜 지금 이 프로젝트가 필요한가요? (The Problem)

현재 광학 기술은 딜레마에 빠져 있습니다. 이론적으로 빛은 전기보다 빠르고 효율적이지만, 막상 칩 안에 구겨 넣고 규모를 키우려니 문제가 발생합니다.

• 신호 저하와 노이즈: 광 신호가 긴 처리 과정을 거치면서 신호가 약해지고 노이즈가 쌓입니다. 단순 증폭으로는 해결이 안 되죠.
• 산란과 반사: 시스템이 커질수록 빛이 원치 않는 곳으로 튀는 산란이나 역반사 현상이 통제 불능 상태가 됩니다.
• 현재의 미봉책 (O/E 변환): 지금은 중간에 빛을 다시 전기로 바꿔서(O/E 변환) 신호를 다듬고 다시 빛으로 보냅니다. 하지만 이러면 광학 기술을 쓰는 이유(초고속, 저지연, 고효율)가 사라져 버리죠.

결국, **"광학 소자는 좋은데, 이걸 대규모로 연결하니 답이 안 나온다"**는 것이 현재의 문제입니다.

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3. PICASSO의 해결책: 전자공학에서 배우다

PICASSO 프로그램은 아주 흥미로운 접근법을 제시합니다.

"내일의 광 회로를, 오늘의 부품으로 만든다."

이게 무슨 말일까요? 현대 전자공학(Electronics)을 생각해 보세요. 개별 트랜지스터 하나하나는 완벽하지 않습니다. 하지만 우리는 '회로 설계(Architecture)'의 묘미를 통해 수십억 개의 트랜지스터가 완벽하게 작동하는 CPU를 만들어냅니다.

DARPA는 광학(Photonics)에도 이 개념을 도입하려 합니다. 개별 광학 소자의 성능을 극한으로 끌어올리는 데 집착하기보다, 혁신적인 회로 레벨의 전략을 짜서 개별 소자의 한계를 시스템적으로 극복하겠다는 것입니다. 이것이 성공한다면 진정한 의미의 VLPI(초대규모 광 집적)가 가능해집니다.

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4. 주목해야 할 일정 (Calendar)

이 프로젝트는 현재 진행형입니다. 방위산업이나 광학/반도체 R&D에 계신 분들이라면 다음 일정을 체크해 두세요.

• 프로그램 공고일: 2025년 12월 22일
• 등록 마감: 2026년 1월 9일
• 제안자의 날 (Proposers Day): 2026년 1월 16일
• 장소: 미국 버지니아주 알링턴

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5. 마치며: 빛의 시대를 앞당길 수 있을까?

PICASSO 프로그램은 단순히 칩 하나를 더 잘 만들자는 것이 아닙니다. 전자 회로(Electronics)가 VLSI(초대규모 집적회로)를 통해 컴퓨터 혁명을 일으켰듯, 광 회로(Photonics)도 VLPI를 통해 데이터 센터, AI 연산, 통신망의 패러다임을 바꾸겠다는 야심 찬 계획입니다.

빛으로만 돌아가는 거대한 프로세서, 과연 실현될 수 있을까요? 2026년 1월, 그 첫걸음이 시작됩니다.