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최신현교수 연구팀, 다공성 나노소재를 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발

 
< 전기및전자공학부 최신현 교수 >https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=18650
전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀이 다공성 구조를 갖는*차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자(시냅스 소자)를 개발했다고 25일 밝혔다.멤리스터(Memristor): 메모리와 레지스터의 합성으로 이전의 상태를 모두 기억하는 메모리 소자. 전원공급이 끊어졌을 때도 직전에 통과한 전류의 방향과 양을 기억한다.
최 교수 연구팀은 기존 양이온 저항 변화 방식과 음이온 저항 변화 방식을 혼합한 하이브리드 형태로 매개체를 구성해, 비정질로 이루어진 다공성 구조 및 버퍼 층을 이용해 고신뢰성 시냅스 소자를 설계했다. 해당 구조는저온 공정을 통해 형성함으로써 기존 실리콘 상보형 산화금속 반도체(CMOS)에 집적 및 적층 가능해 집적도 높은 대용량 로직/인공신경망 컴퓨팅 시스템 제작에 활발히 응용될 수 있을 것으로 기대된다.우리 대학최상현 석사과정생과 박시온 박사과정생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지`사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 1월호에 출판됐다. (논문명: Reliable multilevel memristive neuromorphic devices based on amorphous matrix via quasi-1D filament confinement and buffer layer)

멤리스터는저전력으로 인메모리(In-memory) 컴퓨팅, 가중치 저장, 행렬 계산 능력(vector-matrix multiplication) 등으로 차세대 논 폰노이만 구조에 쓰일 수 있는 차세대 소자로 주목받고 있다.

그러나 현존하는 멤리스터로 실용적인 대용량 인공신경망 컴퓨팅(Large-scale neural computing) 시스템을 만들기 위해서는 멤리스터 단위 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 연구가 필요하다.

소자의 신뢰성 저하는 전통적으로 비정질 물질 내에 무작위적으로 움직이는 결함 및 이온의 배치에서 기인한다. 최신현 교수는 이러한 문제를 단결정 물질을 사용해 결함 및 이온의 무작위적인 움직임을 제어함으로써 소자 신뢰성 확보에 성공한 바 있다. 하지만 단결정을 이용하는 문제 및 제작에 고온 공정이 필요하므로 기존 실리콘CMOS에 집적 및 적층이 어려워 집적도를 높이는 데 한계가 있었다.

 

 

< 그림 1. 연구에서 제작한 소자의 이미지와 각 구조에서 유도되는 특성 >연구팀은 이번 연구를 통해 기존의 비정질 물질을 사용해 신뢰성을 확보할 수 있는 다공성 구조의 양이온 제어층 및 버퍼층으로 이용되는 음이온 제어층을 설계했고, 이를 통해 적층 및 집적 가능한 소자를 제작했다. 연구팀은 기존 소자 대비6배 이상 신뢰성을 개선할 수 있었으며, 이와 동시에 인공 시냅스 소자로서 필요한 다른 특성들도 확보할 수 있었다.연구를 주도한 최신현 교수는”이번에개발한 고신뢰성 시냅스 소자는 안정적인 대용량 어레이 제작의 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대되며, 차세대 신소자를 기반으로 한 뉴로모픽 컴퓨팅 등 빅데이터 처리가 필요한 응용 분야에 적합한 플랫폼을 구축하는 데에 기여할 수 있기를 바란다. 또한, 미국, 대만 기업에서 활발히 진행 중인 차세대 신소자 기반 기술 개발이 국내에서도 활성화되기를 희망한다ˮ며”다른 물질계에서도 구조적으로 적용할 수 있는 방법론을 제시함으로써 활발히 연구가 진행될 것으로 생각된다ˮ고 연구의 의의를 설명했다.한편 이번 연구는 한국연구재단, 나노종합기술원, 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다. 

카이스트 뉴스(1번 항목) 및 다른 언론 링크는 다음과 같다.

 

1.  https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=18650, “다공성 나노소재를 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발”, KAIST NEWS, Jan, 2022.
2.  https://m.etnews.com/20220125000104, “KAIST, 다공성 나노소재를 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발” , 전자신문, Jan, 2022.
3.  https://news.v.daum.net/v/20220125163222693 , “KAIST, 신뢰성 6배 높은 차세대 지능형 반도체 소자 개발”, 다음뉴스(연합뉴스), Jan , 2022.
4.  https://biz.chosun.com/it-science/ict/2022/01/24/7XCCGQQ44JGYDJQ3C6ZW6NVX3I/ “연산·저장 한번에… 뇌 닮은 ‘뉴로모픽 반도체’ 시대 온다”, 조선비즈, Jan, 2022.
5.  http://www.aitimes.kr/news/articleView.html?idxno=24097 “KAIST 최신현 교수팀, 고신뢰성 시냅스 소자 개발..인공지능 등 뉴로모픽 시스템 개발 기대” , 인공지능 신문, Jan, 2022.
6.  https://m.mk.co.kr/stockview/?sCode=21&t_uid=21&c_uid=3495802 , “KAIST, 신뢰성 6배 높은 차세대 지능형 반도체 소자 개발”, 매일경제, Jan, 2022.
7.  https://www.jeonmae.co.kr/news/articleView.html?idxno=871274, “KAIST 최신현 교수팀, 다공성 나노소재 활용 ‘고신뢰성 시냅스 소자’ 개발”, 전국매일신문, Jan, 2022.
8.  http://www.worktoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=22010, “KAIST, 다공성 나노소재 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발”, 워크투데이, Jan, 2022.
9.  https://www.hankyung.com/economy/article/202201253064Y, “KAIST, 신뢰성 6배 높은 차세대 지능형 반도체 소자 개발”, 한국경제, Jan, 2022.
10. http://www.ccdailynews.com/news/articleView.html?idxno=2108836, “KAIST, 다공성 나노소재 활용 고신뢰성 시냅스 소자 개발”, 충청일보, Jan, 2022.
11. http://www.veritas-a.com/news/articleView.html?idxno=405000, “KAIST, 다공성 나노소재를 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발”, 베리타스 알파, Jan, 2022.
12. https://www.asiae.co.kr/article/2022012511384344368, “뇌 모방해 저장·연산 동시에…’폰-노이만’ 컴퓨터 한계 깬다”, 아시아경제, Jan, 2022.