넘버스
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수많은 기기들이 센서와 프로세서를 통해 서로 통신하게 되는 사물 인터넷에 있어 중요한 것은 바로 이들 기기가 충분한 성능을 발휘하면서도 동시에 전력을 지나치게 소모하지 않은 것이다. 특히, 활성화 상태가 아닐 경우 전력 보존은 더욱 중요한데, 이러한 효율적인 전력 소모는 가정 부문 사물 인터넷 개발자들뿐만 아니라 사물 인터넷이 가장 먼저 발달할 것으로 예정되는 산업 부문 개발자들에게 있어서도 중요한 문제다.
찬드라카산은 "핵심은 대기 상태에서 극히 적은 전력을 소모하는 회로를 구축하는 것인데, 그 이유는 대부분의 기기들이 특정한 소통이 발생하기 전까지는 아무 일도 하지 않고 휴면 상태에 있기 때문"이라고 설명했다. 이어, "즉, 다시 말해 기기들이 동작하고 있을 경우에는 전력을 최대로 효율적으로 소모하되, 동작하고 있지 않을 결우에는 새어나가는 전력을 차단하는 것"이라고 강조했다.
이를 위해 찬드라카산의 연구진은 '비활성화 상태에서의 전력 누수'를 차단, 전력 소모량을 기존과 비교해 100배나 더 줄일 수 있는 새로운 트랜스미터 구조를 제시한다. 연구진에 따르면 이 트랜스미터는 동시에 블루투스뿐만 802.15.4 무선 통신 프로토콜을 통한 데이터 전송도 가능케 할만큼의 전력을 제공한다.
찬드라카산은 “열쇠는 바로 우리가 보통 디지털 회로에서 전력 누수를 막기 위해 사용하는 방법을 빌려오는 것”이라고 설명했다. 디지털 회로의 일반적인 구성요소는 트랜지스터인데, 이는 두 개의 전기 리드가 실리콘 등의 반도체 물질로 연결되어 있는 것이다.
물론, 순수한 실리콘은 전기를 흘리기 어려운 성질이 있다. 하지만 트랜지스터 상에서는 전기 리드에 수직인 방향으로 또 하나의 와이어가 반도체(실리콘) 위로 지나간다. 바로 이 와이어를 통해 양전하를 흘려 보내면 전자들을 끌어당기게 되는데, 전자들이 축적되면 전류가 양 리드 사이에서 흐를 수 있는 일종의 ‘다리’가 생기게 된다.
그러나 도체와 절연체의 두 특성을 가지고 있는 반도체는 이상적인 전도체도 아닐뿐더러 완전한 절연체도 아니다. 즉, 게이트에 전하가 전하가 가해지지 않아도 일부 전류의 누수가 발생한다는 뜻이다. 비록 그 양은 미미하지만 시간이 지날수록 이는 대부분의 시간을 대기 상태로 보내는 기기의 배터리 수명에 큰 영향을 미칠 수 있다.
찬드라카산은 대기 상태에 있는 트랜지스터 상의 이러한 전력 누수 현상을 게이트에 음전하를 가하는 것으로 줄이고자 한다. 음전하를 흘려 보내게 되면 전자들이 전기 기드로부터 멀어지게 되며, 이는 결과적으로는 실리콘의 절연성을 더 높이는 효과를 가져온다.
한편, 이는 음전하를 생성하는데 필요한 전력이 누수로 인해 잃는 전력보다 더 적을 때 가능한 전략인데, MIT 연구진은 대만 TSMC에서 제조된 프로토타입 칩을 통해 실험을 한 결과, 20피코와트를 소모해 음전하를 발생시키는 것으로 10,000피코와트에 달하는 전력 누수를 막을 수 있다는 것을 확인했다.
MIT 전기공학과 교수 아난사 찬드라카산이 이끄는 연구진은 이번 컨퍼런스에서 "A +10dBm 2.4GHz Transmitter with sub-400pW Leakage and 43.7% System Efficiency"라는 제목의 논문을 발표할 예정이다. 본 연구는 셸(Shell)과 TI(Texas Instrument)의 후원을 받아 진행되었다. editor@itworld.co.kr
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