KAIST “뉴로모픽 컴퓨팅 신뢰성 향상, 조기 상용화 기대”

뉴로모픽 컴퓨팅의 신뢰성을 높일 기술이 국내에서 개발됐다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 인간의 뇌를 모방해 하드웨어 기반의 인공지능 연산을 구현하는 기술로 최근 주목받는다. 하지만 단위 소자로 활용되는 전도성 변화 소자(멤리스터)는 불규칙한 소자 특성으로 신뢰성이 떨어져, 대용량 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하는 데 한계를 보였다. 개발된 기술은 이러한 한계를 해소해 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화를 앞당기는 역할을 할 것으로 기대된다.

KAIST는 전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀이 한양대 연구팀과 공동연구로 차세대 메모리 소자의 신뢰성과 성능을 높일 수 있는 ‘이종원자가 이온(Aliovalent ion)’ 도핑 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.

이종원자가 이온은 원래 존재하던 원자와 다른 원자가(valance·공유 결합의 척도)를 갖는 이온을 말한다.

(왼쪽부터) KAIST 전기및전자공학부 최신현 교수와 배종민 석사과정, 한양대 원자력공학과 권초아 박사후연구원와 김상태 교수. KAIST 제공

공동연구팀은 기존 차세대 메모리 소자의 가장 큰 문제인 불규칙한 소자 특성 변화 문제를 개선하기 위해 이종원자가 이온을 도핑하는 방식으로 소자의 균일성과 성능을 향상. 실험과 원자 수준의 시뮬레이션으로 향상 원리를 규명했다.

또 불규칙한 소자 신뢰성 문제를 해결하기 위해 이종원자가 할라이드(halide) 이온을 산화물 층 내에 적절히 주입하는 방법이 소자의 신뢰성과 성능을 높일 수 있음을 보고했다.

공동연구팀은 이 같은 방법으로 소자 동작의 균일성, 동작 속도 그리고 성능을 높일 수 있다는 점을 실험적으로 확인했다.

특히 원자 단위 시뮬레이션 분석을 통해 결정질과 비결정질 환경에서 모두 실험적으로 확인한 결과와 일치하는 소자 성능 개선 효과가 나타나는 것을 규명했다.

이를 통해 도핑된 이종원자가 이온이 근처 산소 빈자리(oxygen vacancy)를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 가능하게 하고, 이온 근처 공간을 넓혀 빠른 소자 동작을 가능하게 하는 원리가 밝혀졌다는 것이 공동연구팀의 설명이다.

최신현 교수는 "이번에 개발한 이종원자가 이온 도핑 방법은 뉴로모픽 소자의 신뢰성과 성능을 획기적으로 높이는 방법“이라며 ”연구결과는 차세대 멤리스터 기반의 뉴로모픽 컴퓨팅 상용화에 기여할 수 있고, 실험에서 확인한 성능 향상 원리는 다양한 반도체 소자에 응용할 수 있을 것?이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 신소자원천기술개발사업·신재료PIM소자사업·우수신진연구사업·나노종합기술원 반도체공정기반 나노메디컬 디바이스개발 사업·국가슈퍼컴퓨팅센터 혁신지원프로그램의 지원을 받아 수행했다.

제1저자는 KAIST 전기및전자공학부 배종민 석사과정과 한양대 권초아 박사후연구원이 공동으로 이름을 올렸다. 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 6월호에 출판됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr