우리 학교 서형탁 교수 연구팀이 과학기술정보통신부의 ‘PIM인공지능반도체핵심기술개발(소자)사업’에 선정됐다.

과학기술정보통신부는 미래 반도체 시장의 새로운 패러다임인 메모리(기억)와 프로세서(연산)를 통합한 신개념 반도체(PIM, Processing-in-Memory) 핵심기술 확보를 위해 신개념 PIM 기초과제를 신규 공모했다.

PIM은 뇌의 신경회로를 모사해 메모리와 프로세서를 통합한 신개념 반도체로 미래 반도체 핵심기술이다. 현재 반도체 집적회르는 메모리와 프로세서가 분리되어 데이터를 처리하는 ‘폰노이만 아키텍쳐’ 방식을 이용한다. 그러나 최근 인공지능 컴퓨팅과 빅데이터 처리를 위해 메모리와 프로세서 간 데이터 전달량이 증가함에 따라 처리속도가 한계에 이르는 ‘폰노이만 병목현상’이 발생하고 있다. 이에 메모리와 프로세서를 통합해 빠른 연산처리 속도와 전력 소모량도 아낄 수 있는 PIM 기술이 주목받고 있다.

서형탁 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 과제책임자)와 쿠마 모히트 교수(대학원 에너지시스템학과, 공동연구원) 연구팀은 ‘뉴로모픽 PIM향 강유전성 게이트 기반 비휘발성 멤트랜지스터 개발’이라는 제목으로 이번 사업에 선정됐다. 사업 기간은 2022년 3월부터 2024년 12월까지 총 34개월이며, 총 사업비는 5.7억원이다. 

연구팀은 이번 연구개발사업에서 인간의 뇌 신경회로와 유사하게 ▲기억 저장 학습 ▲병렬처리 ▲다치로직구현 등의 인공지능 연산이 가능하며 기존 비휘발성 저장 메모리인 플래시메모리의 특성을 능가하는 저전력·고속·고내구성·비휘발성 특성 구현을 목표로 한다.

이를 위해 기존 반도체에서 활용되는 하프늄 산화물의 강유전성 특성을 개선해 트랜지스터의 전류를 조절하는 게이트 스위치로 활용하고, 초전력으로 급속 전이가 가능한 모트 반도체-금속 전이(Metal-Insulator Transition) 채널과 산화-환원 반응을 이용한 저항가변형 비휘발성 Redox 채널을 결합한 강유전성 게이팅 기반 비휘발성 트랜지스터(FeRe-MFET)를 제안했다.

서형탁 교수 연구팀은 최근 선행 연구를 통해 ‘이산화바나디움 채널을 이용한 모트 급속 전이 뉴로모픽 인공시넵스 맴트랜지스터’와 ‘하프늄 산화물의 강유전성을 이용한 초전효과기반 적외선 센서’ 등을 개발하고 우수 저널에 발표하며 PIM기능에 적합한 세계 최초의 신소자 개념을 제안해 우수성을 인정 받았다.

한편 연구팀은 이번 과제 수행을 통해 차세대 반도체의 핵심 기술인 PIM 분야에서 아주대의 반도체 전문 연구 역량을 더욱 발전시키고, 대학원 연구인력의 유수 반도체 기업 연구소 및 국책 연구기관 진출 기회로 활용할 계획이다. 또한 기술이전을 위한 신소자 원천 지적재산권을 확보할 예정이다.

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