인간의 상상을 초월한 AI의 무선 칩 설계
프린스턴 대학교 연구진은 강화 학습과 디퓨전 모델을 활용해 인간의 직관을 필요로 하던 복잡한 RFIC(무선 주파수 집적 회로) 설계 과정을 혁신적으로 단축했습니다. AI가 설계한 칩은 기존 방식을 뛰어넘는 성능을 기록했으며, 향후 5G, 자율주행차 등 차세대 무선 통신 기술 발전의 병목 현상을 해결할 핵심 기술로 평가받습니다.
반도체 AI 매거진 특집 통신
인간의 상상을 초월한 AI의 무선 칩 설계 이해 가능성과 심미성의 제약에서 벗어난 AI가 더 빠르게 설계하다 카우쉭 센굽타(Kaushik Sengupta), 2026년 6월 24일
요약: RFIC 설계는 5G, 자율주행차, 위성 통신과 같은 무선 기술의 발전을 제한하는 복잡한 '암흑 기술(경험에 의존하는 난해한 영역)'입니다. 프린스턴 연구진은 강화 학습과 역설계(Inverse design)를 사용하여 처음부터 빠르게 RFIC를 생성합니다. 디퓨전 모델(Diffusion models)은 새롭고 인간이 해석 가능한 RF 레이아웃을 빠르게 생성하여 기록적인 성능을 달성하고 설계 시간을 획기적으로 줄입니다. 향후 발전을 위해서는 AI가 보편적인 전자기 및 회로 동작을 학습할 수 있도록 대규모 공유 칩 설계 데이터셋과 개방형 생태계가 필요합니다.
잠시 시간을 내어 지난 30년간의 무선 기술 발전이 없는 우리의 삶을 상상해 보십시오. 짐을 잃어버리셨나요? 에어태그(AirTag)가 발명되지 않았으니 참 안타까운 일입니다. 항공사 직원이 업데이트된 소식을 전화해 주겠다고 약속했으니, 저렴한 휴대전화가 없으니 주방 전화기 앞에서 긴 기다림을 각오해야 합니다. 스트리밍 서비스가 없기 때문에 기다리는 동안 라디오에서 나오는 프로그램만 들어야 합니다. 무선 기술 덕분에 살아남은 영화 줄거리는 말할 것도 없습니다. 이는 무선 기술이 일상에 미치는 영향의 극히 일부에 불과합니다. 공급망, 인프라 및 경제가 작동하는 방식에 미친 영향은 세상을 변화시켰습니다. 하지만 우리의 모든 기기가 방해받지 않고 정보를 주고받을 수 있게 해주는 무선 주파수 집적 회로(RFIC)가 없었다면 이 모든 것은 불가능했을 것입니다.
이제 이 기술이 더 발전하면 어떤 일이 일어날지 상상해 보십시오. 대중화된 자율주행차, 양자 통신, 6G 모바일 서비스 및 위성 통신이 그것입니다. 이러한 지속적인 발전은 오늘날 RF 칩의 새롭고 더 발전된 버전에 달려 있습니다. 하지만 문제가 있습니다. 전 세계 대부분의 컴퓨팅 칩 설계가 과학으로 표준화된 반면, RF 설계는 고집스럽게 예술의 영역에 머물러 있습니다. 수년의 경험을 통해서만 마스터할 수 있는 '암흑 기술(Dark art)'이기도 합니다. 어둠의 마법사가 말하듯, 이 암흑 기술은 자체적인 시간표를 따릅니다. 이 시간표는 단순히 RF 칩 설계뿐만 아니라 이에 의존하는 모든 기술의 발전을 방해하고 있습니다.
약 7년 전, 알파고(AlphaGo)가 세계 바둑 챔피언 이세돌을 상대로 승리한 이후, 프린스턴 대학교에 있는 저의 학생들과 저는 이런 생각을 했습니다. 'AI에게도 이 예술을 가르칠 수 있을까?' 최근의 성공은 상당 부분 그것이 가능하다는 것을 보여줍니다. 지난 몇 년 동안 우리 연구진과 해당 분야의 다른 선도적인 연구자들은 RFIC 설계를 위한 머신러닝 기반 알고리즘 방법을 개발하기 시작했습니다. 결과물 중 일부 칩은 회로 레이아웃보다 현대 미술 작품처럼 보입니다. 그러나 많은 경우 물리적 프로토타입은 성능면에서 최첨단 회로를 능가했습니다. 그러나 진정한 성취는 인간 설계자가 작동하는 설계를 구상하는 데 걸리는 시간보다 AI가 이를 도출하는 데 훨씬 적은 시간이 걸렸다는 것입니다. 이는 단 한두 개의 RF 칩에 대한 이야기가 아닙니다. AI 기반 설계는 모든 RF 설계의 미래가 될 수 있으며, 어쩌면 그 이상이 될 수 있습니다.
RFIC 설계의 암흑 기술 그렇다면 왜 이 모든 칩은 수작업으로 제작되어야 할까요? 왜 CPU나 GPU처럼 RFIC이 알고리즘 합성 프로세스를 통해 설계되지 않을까요? RFIC의 설계는 여러 물리적 영역에 걸친 공학적 연습입니다. 다양한 공간 및 시간 척도에 걸쳐 작동하는 맥스웰 방정식(Maxwell’s equations)은 칩이 작동하기 위해 반드시 함께 설계되어야 하는 능동 및 수동 소자와 전자기장이 어떻게 상호 작용하는지를 지배합니다. 이와 함께 열역학 법칙은 작동 중에 열이 어떻게 발생하고 제거되는지를 결정하며, 열 팽창 및 수축의 역학은 칩과 패키징이 온도 변화를 얼마나 안정적으로 견디는지를 결정합니다.
AI가 RFIC 설계를 단축할 수 있다 무선 주파수 집적 회로의 설계는... (이하 생략)