한국공학대학교 연구팀이 연산 기능이 갖춰진 비휘발성 메모리 지능형 반도체소자 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.

한국공대 나노 반도체공학과 안승언 교수 연구팀(제1저자 박사과정 고원우씨∙공저자 황현주 학생)이 차세대 지능형 반도체에 활용 가능한 로직 연산과 메모리 기능이 통합된 강유전체 기반의 프로세스–인–메모리(PIM) 소자 개발에 성공한 것.

이번 연구 결과는 ‘Exploring Multi-Bit Logic In–Memory with Memristive HfO2-Based Ferroelectric Tunnel Junctions’이라는 제목으로 전자 소자 및 재료과학 분야 저명 학술지 ‘Advanced Electronic Materials’에 8일 자 표지 논문으로 선정됐다.

최근 빅데이터를 기반으로 하는 인공지능(AI) 기술의 발전이 가속화되면서 기존의 메모리와 프로세서가 분리되어 데이터를 처리하는 ‘폰노이만(Von Neumann)’ 컴퓨팅 시스템 구조의 데이터처리 속도에 한계가 나타나고 있다.

이에 따라 학계에서는 저전력∙멀티레벨 스위칭∙고속 동작이 가능한 프로세서와 메모리가 통합된 신개념의 반도체 소자의 개발 필요성이 대두했다.

연구팀은 최근 학계와 산업계의 큰 관심을 받는 하프늄–지르코늄 산화물을 기반으로 강유전체 터널 접합(FTJ) 형태의 멤리지스터(메모리+레지스터)를 구현해 멀티 레벨 스위칭 구현 및 신뢰성을 확보하고 중간 레벨(inter–state) 간 스위칭을 구동하는 데 최초로 성공했다.

나아가 소자의 스위칭 특성을 조합하여 NAND∙NOR∙OR 등 16가지의 논리 연산 기능을 카르노 맵을 통해 제시하여 PIM 응용 가능성을 검증했다.

안승언 교수는 “최근 새로운 개념의 컴퓨팅 시스템 구현을 위해 다양한 PIM 소자의 연구 결과가 발표되고 있지만 비휘발성 멀티레벨의 신뢰성 및 중간 레벨 간 스위칭 구동 연구가 여전히 초기 단계에 있는 상황에서 본 연구의 진일보한 결과는 차세대 지능형 반도체 분야의 기술적, 학문적 도약에 기여를 할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업과 산업통상자원부가 지원하는 미래반도체개발사업의 지원으로 수행된 것으로 알려졌다.

/시흥=김신섭기자 sskim@incheonilbo.com

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