칩이 버려지는 에너지를 재활용하게 만드는 창업자
한나 얼리는 가역 컴퓨팅(reversible computing) 스타트업 '베어 컴퓨팅(Vaire Computing)'의 공동 창업자 겸 CTO로, 칩 연산 과정에서 열로 버려지는 에너지를 회수해 재사용하는 기술을 개발하고 있다. 지난해 회수 에너지가 손실 에너지를 넘어서는 칩을 시연하며 이론에 머물던 분야에 실현 가능성을 입증했으며, 이는 데이터센터와 개인 기기의 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술로 주목받는다.
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컴퓨터 칩의 역사 전체에서 엔지니어들은 폐열을 연산의 불가피한 비용으로 여겨왔다. 그러나 한나 얼리(Hannah Earley, 31세)는 이를 설계상의 선택이라고 생각한다.
얼리는 보통 열로 버려지는 에너지를 재활용하는 칩을 개발하는 스타트업 '베어 컴퓨팅(Vaire Computing)'의 공동 창업자이자 최고기술책임자(CTO)다. 이 전략은 '가역 컴퓨팅(reversible computing)'으로 알려져 있다. 그녀는 궁극적으로 이 접근법이 데이터센터(그리고 우리의 노트북과 휴대폰)를 훨씬 더 에너지 효율적으로 만드는 데 도움이 될 것이라고 본다.
기존의 컴퓨터 칩이 연산을 수행할 때, 더 이상 필요 없는 정보를 중간에 지워버리며 그 과정에서 에너지가 열로 소산된다. 얼리는 이 방식을 도시를 질주하면서 매 교차로마다 브레이크를 밟는 것에 비유한다. 자동차는 관성을 잃고 다시 가속하기 위해 더 많은 연료를 태워야 한다. 가역 컴퓨팅은 이 관성을 유지하는 것을 목표로 한다. 연산의 중간 단계에서 정보를 지우는 대신 회로가 이를 보존해, 연산을 거꾸로 실행하고 에너지의 일부를 회수할 수 있게 한다.
이 아이디어는 50년 넘게 전 처음 제안되었지만, 기존 트랜지스터와 회로로는 구현이 비현실적이라는 것이 입증되었다. 그러나 얼리는 에너지 회수를 작동시키는 데 필요한 하드웨어를 완전히 재설계했다. 그녀는 회수된 에너지를 저장했다가 나중에 재사용할 수 있게 하는 현미경 크기의 칩 부품인 공진자(resonator)의 특허 출원 중인 설계를 고안했다. "사실상 격상된 진자(pendulum) 같은 것"이라고 그녀는 말한다.
작년, 베어는 핵심적인 돌파구를 발표했다. 부품을 구동하는 데 필요한 에너지를 감안한 후에도 손실보다 더 많은 에너지를 회수하는 공진자를 탑재한 칩이다. 대부분 이론으로만 존재해 왔던 이 하위 분야에게 이 결과는 존재 증명이었다. 전자 설계 자동화 연구자이자 미시간 대학교 앤아버 캠퍼스의 전직 교수인 이고르 마르코프(Igor Markov)는 "그들이 흥미로운 무언가를 가지고 있다는 것은 분명하다"고 말한다. 그러나 그는 이 기술이 아직 상당히 초기 단계이며, 상용화에 필요한 업계의 지원을 끌어내려면 "점점 더 현실적이고 설득력 있는 일련의 시연"이 필요할 것이라고 덧붙였다.
정보, 에너지, 열의 연결이 컴퓨터를 영원히 바꿀 수 있다고 확신하게 되다
얼리의 칩 설계 여정은 대부분의 사람들보다 일찍 시작되었다. 그녀는 아홉 살 무렵 프로그래밍을 시작했는데, 웹을 위한 고수준 코딩으로 시작해 Perl, Java 같은 다른 프로그래밍 언어를 파고들었다. 이후 점점 더 추상화된 계층에서 계층으로 나아가다 결국 트랜지스터까지 내려갔다.
그녀는 결국 계산생물학자 고스 미클렘(Gos Micklem) 지도 아래 케임브리지 대학교 박사 과정에 등록했다. DNA 같은 재료를 연산에 활용하는 방법을 연구하며 시작했지만, 몇 달 후 미클렘은 가역 컴퓨팅의 개척자인 마이클 프랭크(Michael Frank)의 1999년 박사학위 논문을 그녀에게 보냈다. 얼리는 이를 한 번 읽고 회의적으로 느꼈으며, 다시 읽고 몇 주간 곱씹었다. 그녀는 점차 정보, 에너지, 열 사이의 연결이 컴퓨터를 영원히 바꿀 수 있다고 확신하게 되었다. 이 매혹은 그녀의 박사 과정 연구를 완전히 다른 방향으로 바꾸어 놓았다.
얼리는 연산의 물리적 한계를 연구하고 일반 프로그램을 가역 프로그램으로 변환하는 소프트웨어를 개발했다. 미클렘은 회상한다. "결국 저는 그녀의 논문에 제 이름을 올리는 것을 허락하지 않았습니다. 그 논문들에 대해 제대로 강연을 할 자신이 없었거든요. 완전히 그녀의 작업이었죠."
2021년 학위를 마친 후, 얼리는 기술 기업가이자 투자자인 로돌포 로시니(Rodolfo Rosini)를 만났다. 두 사람은 그해 베어를 공동 창업했고, 이후 회사는 1,200만 달러 이상을 조달했으며, 프랭크를 수석 과학자로 영입하고, 가역 컴퓨팅이라는 비전을 실제 하드웨어로 구현하기 시작했다.
그러나 혁신은 하루아침에 일어나지 않는다. 2022년 겨울, 아이오와주 그리넬에서 얼리는 체감 온도가 영하 40도(화씨)에 달하는 밖의 날씨 속에서 현재의 아내가 되는 사람의 지하 아파트에서 수 주간을 보내며 [원문 누락]