새로운 광학 기술로 기존에는 달성하기 어려웠던 펨토초 (1000조분의 1초) 수준의 정밀한 타이밍과 낮은 발열로 반도체 칩 내에서의 클럭 신호를 생성하고 분배할 수 있게 되었다.

최근 반도체 칩 성능의 급격한 발전과 더불어, 칩 내에서의 보다 정밀하고 정확한 타이밍이 요구되고 있다. 기존의 클럭 분배 네트워크(CDN)의 경우 많은 수의 클럭 드라이버들을 사용함으로 인해 타이밍 성능이 제한되었으며 칩 내 열 발생 문제도 있었다. 그 결과 지터 (랜덤한 타이밍의 변화) 및 스큐 (공간적인 타이밍의 변화)가 모두 수에서 수십 피코초 정도로 제한되었다.

이 방법은 특히 칩 내에서 클럭 드라이버 없이 금속 구조만을 사용하여 클럭을 분배할 수 있어 타이밍 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있었을 뿐 아니라 칩내 열 발생도 줄일 수 있었다. 그 결과 지터와 스큐를 모두 20펨토초 이하로 만들 수 있었으며 이는 기존 방식들과 비교하여 100배 이상 향상된 성능이다. 또한 칩 내 클럭 분배에서의 전력 소모와  열 발생도 기존 방식보다 100배 이상 줄일 수 있었다.

김 교수는 “현재 아날로그-디지털 변환기와 같은 고속 회로에서의 샘플링 클럭 지터를 매우 줄인 연구를 수행하고 있다” 고 밝혔으며 “또한 3차원 적층칩과 같은 구조에서의 열 발생을 줄일 수 있는 연구도 계획하고 있다”고 밝혔다.

박사과정 현민지 학생과 고려대 세종캠퍼스 정하연 교수팀과의 공동 연구로 이루어진 연구 결과는 “Femtosecond-precision electronic clock distribution in CMOS chips by frequency comb-extracted photocurrent pulse injection” 라는 제목으로 Nature Communications 지에 게재되었다. 또한 Nature Electronics지 2023년 5월호에 “Chips with a pulse”라는 제목으로 Research Highlights로도 선정되었다.