<Section 1> 연구 소개
Q1. 간단하게 자기소개 부탁드립니다.
안녕하세요. 올해 4월 1일부터 KAIST 전기및전자공학부에 부임한 권지민입니다.
현재 전기및전자공학부 전임교원으로 소속되어 있고, AI시스템학과를 겸임하고 있습니다. 저는 POSTECH에서 학사·석사·박사 과정을 마쳤습니다. 석사 과정에서 RFIC 설계와 아날로그 회로를 포함한 커스텀 IC 설계를 연구했고, 박사 과정에서는 반도체 공정과 소재 분야를 연구했습니다. 이후 POSTECH 화학공학과에서 반도체 소재 관련 박사후연구원 과정을 거쳤으며, 스탠퍼드 대학교에서 2년간 박사후연구원으로 연구를 수행했습니다. 이후 UNIST에서 약 3년 8개월 동안 재직한 뒤, 이번에 KAIST에 부임하게 되었습니다.
Q2. 교수님의 연구 분야를 학부생들이 이해하기 쉽게 소개해 주실 수 있을까요?
저희 연구실의 연구 분야는 크게 3D IC 기술과 반도체 패키징 기술로 나눌 수 있습니다. 먼저 3D IC 기술은 여러 기능을 가진 반도체 소자나 회로를 입체적으로 쌓고 연결해서 하나의 고성능 시스템으로 만드는 기술입니다. 저희는 이 분야에서 소자를 개발하고 제작하는 연구를 수행하고 있으며, 동시에 이러한 소자들이 실제 집적회로에 적용되었을 때 모델링과 시뮬레이션을 통해 성능을 예측하는 연구도 함께 진행하고 있습니다. 3D IC 연구는 크게 연산을 담당하는 로직 소자와 데이터를 담당하는 메모리 소자로 나눌 수 있습니다. 저희 연구실에서는 두 가지 영역을 모두 다루고 있으며, 소자 수준의 제작과 설계부터 IC 수준에서의 성능 예측까지 연결해서 연구하고 있습니다. 쉽게 설명하자면, 새로운 반도체 소자를 만드는 것에 그치지 않고, 해당 소자가 실제 칩 안에 들어갔을 때 전체 시스템 성능에 어떤 영향을 미치는지 함께 분석하는 연구를 진행하고 있습니다.
두 번째 연구 분야는 반도체 패키징 기술입니다. 과거에는 패키징이 완성된 칩을 보호하고 외부 장치와 연결하는 역할에 가까웠다면, 최근 들어서 첨단 패키징은 여러 개의 칩을 하나의 시스템처럼 동작하게 만드는 핵심 기술로 발전하고 있습니다. 저희 연구실은 이러한 멀티 칩 시스템을 구현하기 위해 칩 간 본딩, 기판 구조 설계·제작·검증과 같은 기반 기술들을 연구하고 있습니다. 또한 RF 소자 패키징 연구도 수행하고 있습니다. RF 소자는 초고주파 대역에서 동작하는 소자인데, 기판 내에 RF 소자를 임베딩하거나 동작에 필요한 다양한 수동 소자를 직접 설계하고 제작하는 연구를 하고 있습니다. 이를 통해 고주파 대역에서도 더 좋은 성능을 낼 수 있는 패키징 기술과 시스템 구조를 개발하고자 합니다.
궁극적으로 연구실의 지향점은 여러 개의 칩이 하나의 기판 위에서 효율적으로 연결되고 동작하는 새로운 반도체 시스템을 구현하는 것입니다. 개별 소자나 패키지 단위에 머무르지 않고, 여러 칩이 결합되었을 때 얻을 수 있는 시스템적 이득과 이에 적합한 아키텍처까지 함께 연구하고 있습니다. 앞으로는 직접 설계한 칩을 자체 제작한 기판 위에 올려 실제 멀티 칩 시스템을 구현하는 방향으로 연구를 확장해 나가고자 합니다.
Q3. 현재 진행 중인 연구가 기존 반도체 연구와 비교했을 때 어떤 차별점이나 새로운 접근을 가지고 있는지 궁금합니다.
3D IC 측면에서는 기존의 실리콘 소재만으로는 구현하기 어려운 새로운 시스템 구성을 시도하고 있다는 점입니다. 기존 연구가 주로 실리콘 IC 개발에 집중되어 있었다면, 저희는 산화물 반도체, 2D 물질, 탄소 나노튜브와 같은 신소재들이 로직이나 메모리 소자로 구현되고, 이들이 실리콘 소자와 3차원적으로 집적되었을 때 어떤 시스템적 이득을 가져올 수 있는지를 연구하고 있습니다. 즉, 새로운 소재와 소자, 그리고 3차원 구조를 함께 설계한다는 점에서 기존 접근과 차이가 있다고 볼 수 있습니다.
3D IC가 중요한 이유는 기존 2D 구조에서 발생하는 연결의 한계를 극복할 수 있기 때문입니다. 메모리와 로직이 따로 존재하면 두 칩을 기판 위에서 연결해야 하는데, 이 경우 입출력 단자인 I/O의 수가 제한되어 시스템 성능의 병목으로 이어집니다. 반면 3D IC에서는 로직과 메모리를 칩 안에서 수직 방향으로 연결할 수 있고, 수십 나노미터 크기의 via(칩 내부의 층과 층을 전기적으로 연결하는 미세한 통로)를 통해 훨씬 많은 연결을 구현할 수 있습니다. 이를 통해 데이터 이동 효율을 높이고, 메모리 대역폭 부족으로 연산이 지연되는 메모리 병목 문제를 완화할 수 있습니다. 이러한 문제는 최근 LLM을 비롯한 인공지능 시스템에서 특히 중요해지고 있습니다. AI 시스템의 성능은 결국 얼마나 많은 데이터를 얼마나 빠르게 불러올 수 있는지에 크게 좌우되기 때문입니다. 따라서 3D IC를 통해 메모리와 로직 사이의 연결성을 높일 수 있다면, AI 시스템의 성능 향상에 크게 기여할 수 있습니다.
패키징 측면에서도 기존과 다른 구조를 제안하고 있습니다. 단순히 기판 위에 칩을 적층하는 방식에서 나아가, 칩을 세워서 꽂는 구조나 고속 신호 전송에 유리한 새로운 기판 구조를 연구하고 있습니다.
정리하자면, 저희 연구는 새로운 소재, 소자, 3차원 집적, 첨단 패키징 기술을 결합해 시스템 전체의 성능을 높이려는 접근이라고 할 수 있습니다.
Q4. 현재 연구를 진행하시면서 마주하고 있는 가장 큰 기술적 병목은 무엇이며, 이를 해결하기 위해 어떤 접근을 하고 있으신가요?
3D IC 연구에서 가장 큰 기술적 병목은 복합적인 문제들이 동시에 발생한다는 점입니다. 새로운 반도체 기술은 단순히 좋은 재료를 찾거나, 공정 하나를 개발한다고 해서 완성되는 일이 아닙니다. 3차원으로 소자를 집적하기 위해서는 공정, 소재, 소자 구조, 회로 설계, 시뮬레이션 환경을 모두 함께 갖춰야 합니다. 새로운 소자를 만들었더라도, 실제 회로를 설계하려면 이를 뒷받침하는 설계 환경이 필요합니다. 반도체 설계에서는 이를 PDK(Process Design Kit)라고 부르는데, 새로운 기술을 개발하게 되면 어떤 규칙과 모델을 사용해야 하는지 명확하지 않은 경우가 많습니다. 결국 소자 기술과 회로 설계를 동시에 최적화해야 하는 연구를 진행해야 하는 것입니다. 이러한 접근을 DTCO(Design Technology Co-Optimization), 즉 설계-기술 공동 최적화라고 합니다.
패키징 연구에서도 상황은 비슷합니다. 단순히 기판을 만들거나 신호선을 설계하는 것만으로는 멀티 칩 모듈이 완성되지 않습니다. 칩을 어떻게 본딩하고, 어떤 공정을 적용할지, 설계에 어떤 제약이 발생하는지, 또 이를 극복하기 위한 전략은 무엇인지까지 함께 고려해야 합니다. 패키징 분야에서는 이러한 접근을 STCO(System Technology Co-Optimization)라고 부릅니다.
이처럼 3D IC와 첨단 패키징 연구에서는 공정부터 설계, 소자, 시스템까지 다양한 요소들이 복합적으로 얽혀 있습니다. 그래서 저희 연구실에서는 다학제적 협업을 매우 중요하게 생각합니다. 학생들이 각자 가진 기술과 지식을 자연스럽게 공유하고, 실제로 학생들끼리 자발적인 미팅도 많이 이루어지고 있습니다. 교수인 저 역시 학생들과 자주 이야기하며, 서로 다른 배경의 연구자들이 함께 문제를 풀어가는 방식으로 연구실을 운영하려고 노력하고 있습니다.
장기적으로는 인공지능을 연구 과정에 도입하는 것도 중요한 방향이라고 생각하고 있습니다. 이런 복잡한 문제일수록 모든 것을 하나의 AI가 해결하기보다는, 공정·소자·설계·패키징처럼 각 도메인에 특화된 AI 에이전트를 도입해야 한다고 생각합니다. AI 에이전트들과 인간 연구자가 함께 협업하면서 문제를 해결하는 능력이 점점 중요해질 것이라고 생각하고 있습니다. 아직까지 구체적으로 도입하는 단계는 아니지만, 장기적으로는 AI와 인간의 협업을 통해 복잡한 반도체 시스템 문제를 해결하는 것이 연구실의 중요한 비전 중 하나입니다.
Q5. 해당 연구가 향후 어떤 산업이나 기술에 적용될 수 있을지, 그리고 장기적으로 이루고자 하는 목표가 무엇인지 궁금합니다.
저희가 연구하는 기술은 반도체 산업 전반과 밀접하게 연결되어 있습니다. 특히 최근에는 AI 시스템과 고성능 컴퓨팅 분야에서 반도체 성능이 전체 시스템 성능을 좌우하는 핵심 요소가 되고 있습니다. 그런 점에서 저희 연구는 지금 당장 필요한 기술뿐만 아니라, 앞으로 반도체 산업에서 중요해질 기술을 준비하는 연구라고 생각합니다. 기술적인 목표는 크게 두 가지입니다. 하나는 3D IC 기술을 개발하는 것이고, 다른 하나는 고성능 멀티 칩 모듈 패키징 기술을 개발하는 것입니다. 3D IC는 로직과 메모리를 더욱 가깝게 연결해서 데이터 이동 과정에서의 병목을 줄일 수 있고, 멀티 칩 모듈 패키징은 여러 칩을 하나의 시스템처럼 효율적으로 동작하게 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 기술은 AI 가속기, 고성능 컴퓨팅, 차세대 메모리 시스템처럼 데이터 이동과 처리 속도가 중요한 분야에 적용될 수 있습니다.
다만 장기적인 목표를 하나로 고정해서 말하기는 어렵습니다. 반도체 기술은 변화 속도가 매우 빠르고, 특히 AI 기술의 발전 방향에 따라 필요한 하드웨어의 형태도 계속 달라질 수 있기 때문입니다. 그래서 10년, 20년 동안 같은 주제만 연구하기보다는, 기술과 산업의 흐름을 지속적으로 파악하면서 그 시점에 가장 해결해야 할 문제를 찾아가는 것이 중요하다고 생각합니다. 상용화 측면에서는 아직 해결해야 할 과제도 많습니다. 3D IC의 경우 3차원 적층이 가능한 안정적인 소자와 공정을 개발하는 것이 우선 중요합니다. 또한 3D IC의 아키텍처나 시스템 성능을 종합적으로 예측할 수 있는 계산적 접근과 시뮬레이션 기반도 아직 충분하지 않습니다. 새로운 소재와 소자가 실제로 어떤 이득을 가져올 수 있는지 명확한 계산 결과와 논리적 근거가 제시되어야 산업적으로도 설득력을 가질 수 있다고 생각합니다. 결국 저희 연구의 장기적인 방향은 새로운 반도체 기술이 실제 시스템에 어떤 변화를 만들 수 있는지를 보여주는 것입니다. 새로운 소재와 소자, 3D IC, 패키징 기술이 개별 기술에 머무르지 않고, 미래 AI 시스템과 반도체 산업에 실질적인 기여를 할 수 있도록 연구를 이어가고자 합니다.
<Section 2> 연구자로서의 경험
Q1. 연구 분야를 선택하시게 된 계기와, 박사 과정 이후 현재에 이르기까지의 연구 경로를 어떻게 결정하셨는지 궁금합니다. 그 과정에서 교수의 길을 선택하시게 된 이유와 교수의 길을 걷지 않으셨다면 어떤 진로를 고려하셨을지도 알려주시면 감사하겠습니다.
연구 분야를 선택하게 된 계기를 하나의 사건으로 설명하기는 어렵습니다. 저는 항상 눈앞에 놓인 일들에 충실하려고 했고, 지금 하고 있는 일을 가장 잘 해내자는 생각으로 매 순간 최선을 다해왔습니다. 제가 석사 과정과 박사 과정, 박사후연구원, 교수에 이르기까지 매번 서로 다른 연구 분야를 경험해왔는데, 지금 돌아보면 그 과정들이 모두 연결되어 현재의 연구 방향과 관점을 만들었다고 생각합니다.
저는 스티브 잡스가 스탠퍼드 대학교 졸업식 연설에서 언급한 ‘Connecting dots’라는 표현을 좋아합니다. 살아오면서 경험한 각각의 점들이 어느 순간 다 연결되면서 자신의 정체성과 자아를 만든다는 의미인데, 저도 비슷한 과정을 경험해 왔습니다. 현재 맡은 일에 집중한 경험들이 쌓여 자신만의 배경이 되고, 이것이 밑거름이 되어 각자만의 고유한 히스토리를 만들어낸다고 생각합니다. 그래서 학부나 대학원 생활에서도 지금 자신의 삶에 충실하고, 그 안에서 의미를 찾으려는 노력이 중요하다고 생각합니다.
교수를 선택한 이유는 제가 하고 싶은 연구를 스스로 결정하고, 제가 가진 인사이트를 세상에 직접 보여줄 수 있는 직업이라고 생각했기 때문입니다. 감사하게도 살아오면서 여러 선택의 기회가 있었고, 그 기회들을 따라가다 보니 지금 이 자리까지 오게 된 것 같습니다. 교수가 아니었다면 어떤 길을 선택할지 깊게 생각해보지는 않았지만, 사업을 해보았더라면 흥미로웠을 것 같습니다. 궁극적으로 기술 개발의 목적은 사람들의 삶에 도움이 되는 것이라고 생각하기 때문에, 언젠가는 사업에도 관심을 가져볼 수 있겠다는 생각은 품고 있습니다. 다만 공학 분야에서 일을 하기로 마음먹은 이상, 이러한 두 가지 방향으로 나아가지 않았을까 싶습니다.
Q2. 여러 단계의 커리어를 경험하시면서, 환경에 따라 연구 접근 방식이나 협업 방식이 어떻게 달라졌는지 궁금합니다.
학부생 때는 인터넷, 통신 계열 연구를 했고, 석사 과정에는 RFIC와 아날로그 IC 설계를 연구했습니다. 이후 박사 과정에는 반도체 소자 공정을, 박사후연구원 시기에는 소재와 3D IC 관련한 나노 공정 연구를 수행했습니다. 지금 돌아보면 다양한 연구 경험들이 제가 현재 하고 있는 연구를 왜 하고 있는지 배경이 된 것 같습니다. 저는 모든 환경에 만족하며 지냈습니다. 감사하게도 모든 시기에 좋은 경험을 많이 하면서 지냈습니다. 그래서 앞으로 KAIST에서의 생활도 굉장히 기대하고 있습니다.
환경에 따른 달라진 점은 연구 분위기와 협업 방식에 있었습니다. KAIST는 다양한 교수님들과 교류할 기회가 많은 분위기이고, UNIST는 젊은 연구자들이 많아서 굉장히 진취적이고 연구에 집중하기 좋은 분위기였습니다. 스탠퍼드 대학에서는 다양성을 존중하는 문화가 기억에 남습니다. 함부로 남을 판단하지 않는 분위기가 있었고, 교수와 학생 사이의 관계도 비교적 수평적인 편이었습니다. 연구자들이 자신들이 세상을 변화시키고 있다는 자신감을 가지고 있다는 점도 인상적이었습니다. 마지막으로 POSTECH은 오랜 시간 생활한 곳인 만큼 개인적으로도 의미가 큰 곳입니다. 학생 수가 비교적 적다 보니 가족 같은 분위기에서 다양한 경험을 할 수 있었던 것 같습니다.
Q3. 연구를 진행하시면서 연구 내외적으로 어려움을 겪으신 경험이 있다면, 이를 어떻게 극복하셨고 어떤 방식으로 돌파구를 찾으셨는지 궁금합니다.
어려움을 돌파하는 것은 모두에게 너무나 어렵고 힘든 일이지만, 결국에는 이를 악물고 넘어서는 수밖에 없는 것 같습니다. 다양한 경험이 쌓이다 보면 스스로를 믿고, 나 자신을 지키면서 살아가는 태도가 중요하다는 생각을 하게 됩니다. 난관에 휩쓸리기보다는, 스스로를 어려움과 분리해서 바라보려고 노력했습니다.
또 작은 문제들을 하나씩 해결해 나가는 경험이 굉장히 중요하다고 생각합니다. 차근차근 문제들을 헤쳐 나가면 스스로에 대한 믿음도 생기고, 이전에는 크게 느껴졌던 어려움들도 어느 순간 조금은 다르게 받아들여지는 순간이 오는 것 같습니다.
Q4. 최근 학생들이 공부와 연구에 AI를 많이 활용하고 있는데, 이에 대해 어떻게 생각하는지 궁금합니다.
궁극적으로 모든 문제는 좋은 질문으로 귀결된다고 생각합니다. 좋은 질문을 할 수 있다면 어려움도 자연스럽게 해결되는 것 같습니다. 그래서 AI를 사용할 때도 가장 중요하게 갖춰야 할 것은 능동적인 태도라고 생각합니다. 지금 나에게 필요한 것이 무엇인지, 내가 무엇을 알고 싶은지, 그리고 어떤 성장을 이루고 싶은지를 스스로 계속 반문하면서 AI를 활용하는 것이 중요합니다.
특히 학술적인 공부에서는 더욱 그렇습니다. 단순히 숙제처럼 주어진 일을 처리하기보다, 내가 정말 무엇을 이해하고 싶은지를 깊이 고민하는 과정이 필요하다고 생각합니다. 스스로 질문하고 답을 찾아가려는 태도를 꾸준히 유지하다 보면, 비록 당장 누가 알아주지 않더라도 결국에는 분명한 성장이 따라온다고 생각합니다.
학부에서 전기및전자공학부의 기초 과목들을 공부하다 보면 이것이 도대체 내 삶에 어떤 의미가 있는지 고민하게 될 수 있습니다. 그런데 연구를 해보면 기초적인 전공 지식이 실제 문제를 이해하고 해결하는 데 얼마나 중요한지 자연스럽게 깨닫게 됩니다. 그런 관점에서 학부생들이 연구에 조금 더 일찍 도전해봤으면 좋겠다고 생각합니다. 연구는 내가 왜 공부하고 있는지, 그리고 어떤 방향으로 성장하고 싶은지를 스스로 고민해볼 수 있는 좋은 기회라고 생각합니다.
Q5. 연구 과정에서 여러 성과를 이루셨는데, 그 과정에서 가장 보람을 느꼈던 순간이나 기억에 남는 경험이 있다면 무엇인지 궁금합니다. 또한 그러한 성과를 만들어낼 수 있었던 교수님의 연구 태도나 접근 방식이 있다면 함께 알고 싶습니다.
졸업식에서 상을 받거나, 좋은 과제를 수행하고 KAIST 교수로 임용되는 감사한 순간들도 있었습니다. 하지만 개인적으로는 저와 함께한 학생들에게 좋은 일이 있을 때 가장 큰 보람을 느끼는 것 같습니다.
기억에 남는 순간 중 하나는, 제 연구실 학생이 IEDM 같은 주요한 학회에서 발표하는 것을 지켜보았을 때입니다. 함께 노력해서 얻어낸 결과를 발표하는 모습을 보면서 정말 큰 감동을 받았습니다.
결국에는 사람이 잘 되는 게 가장 중요하다고 생각합니다. 함께 연구하던 학생이나 박사후연구원이 교수로 임용되거나, 각자의 자리에서 잘 성장하는 모습을 보고 들을 때 가장 큰 보람을 느낍니다.
<Section 3> 독자를 위한 말
Q1. 연구실에서 학부생이나 대학원생을 선발하실 때 수강하고 오면 좋은 과목이나 중요하게 생각하시는 자질이 있나요?
반도체를 주로 다루는 연구실이다 보니 반도체 소자, 회로 설계, 시스템과 관련된 과목들을 수강하면 좋습니다. 또한 다양한 경험을 한 학생들이면 좋겠습니다. 연구실에서는 다양한 분야의 연구가 함께 이루어지기 때문에, 그 안에서 본인이 하고 싶은 주제를 찾아가는 과정이 중요하다고 생각합니다. 그래서 본인이 관심 있는 분야의 과목들을 깊이 있게 공부해보고 오는 것이 큰 도움이 될 수 있습니다.
연구를 하다 보면 예상보다 어려운 순간들도 많이 생기기 때문에 연구실 생활을 즐겁게 보내고 어려움이 생겨도 긍정적으로 이겨낼 수 있는 태도도 중요하다고 생각합니다.
Q2. 교수님께서 학부생들에게 추천하고 싶은 경험을 공유해주시면 감사하겠습니다.
학부생이라면 여행도 많이 다니고, 연구도 꼭 한 번쯤 경험해보면 좋겠습니다. 우리나라에서 이렇게 좋은 환경 속에서 공부하고 연구할 수 있는 기회를 가진 학생들이 생각보다 많지 않다고 생각합니다. 그래서 주변에 주어진 환경과 기회들을 적극적으로 활용해봤으면 좋겠습니다. 다양한 경험을 해보면서 많은 것을 배우고, 학생 시절을 충분히 잘 누리면서 지냈으면 좋겠습니다.
Q3. 변화하는 AI 시대 속에서 연구자로서 중요하게 갖추어야 할 태도는 무엇이라고 생각하시나요?
결국에는 생각하는 인간으로 남는 것이 중요하다고 생각합니다. 질문하는 태도를 가지고, 하나의 질문에 오랫동안 머무르며 스스로 고민해보는 과정이 필요하다고 생각합니다. 판단과 방향성에 대한 책임을 스스로 가지는 태도가 중요하다고 생각합니다. 사실 앞으로 AI와의 공존은 피할 수 없다고 생각합니다. 그렇기 때문에 AI를 단순한 도구로 소비하는 데 그치는 것이 아니라, AI와 협업하면서 동시에 남들이 하지 못하는 위대한 일들을 하는 것이 중요하다고 생각합니다.
또한 기술이나 유혹에 휩쓸리지 않고, 스스로 중심을 유지하는 태도도 중요하다고 생각합니다. 기술을 사용하는 과정에서도 결국 중요한 것은 그것이 내 삶에 어떤 의미와 방향을 주는지 스스로 고민하는 일이라고 생각합니다. 생각보다 우리는 쉽게 흐름에 휩쓸려 살아가게 되는 것 같습니다. 내가 정말 주체적으로 살아가고 있는지 스스로 계속 돌아보면서, 자신의 삶에 대한 주도권을 잃지 않는 자세가 중요하다고 생각합니다. 니체의 말처럼, 스스로의 삶을 주체적으로 살아가려는 태도가 앞으로 더욱 중요해질 것이라고 생각합니다.
Q4. 마지막으로 전자과 학생들에게 하고 싶은 말씀이 있나요?
주변을 돌아보고 사람들과 함께 행복하고, 또 어떤 어려움에도 포기하지 말고 자신의 개성을 잘 지켜 살아내길 바랍니다.
문채훈 기자 horn0122@kaist.ac.kr
서지호 기자 ghwltj3@kaist.ac.kr
