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전기및전자공학부 윤인수 교수, 제1회 국제기초과학회의(ICBS) ‘과학개척상’ 수상

전기및전자공학부 윤인수 교수, 제1회 국제기초과학회의(ICBS) ‘과학개척상’ 수상

2023년 7월 16일부터 28일까지 베이징에서 개최된 제1회 국제기초과학회의(ICBS, Interenational Congress of Basic Science, www.icbs.cn/)에서 윤인수 교수가 암호 및 정보 보안 분야의 과학개척상(Frontiers of Science Award)을 수상하였다.

[윤인수 교수]

중국에서 기획·주최된 최초의 국제 기초과학 회의는 수학, 이론 물리학, 이론 컴퓨터 및 정보과학이라는 세 가지 기초과학 분야에 중점을 두고 수백 개의 강연, 회의 및 인적 교류를 통해 전 세계적인 연구자들의 협력과 지식교류를 도모하는 국제행사이다.

이 행사에는 필즈상(8명), 튜링상(4명), 노벨상(1명) 수상자와 미국 및 유럽 국가들의 저명한 학자 등 약 1,000명의 연구자들이 참여하여 기초과학분야에서의 협력과 지식 교류를 촉진하고 있다.

특히, 이번 창립 행사의 일환으로 수여된 ICBS 과학개척상은 해당 분야에서 최근 5년간 가장 우수한 과학적 가치와 창의성을 지닌 연구자에게 수상되는 명예로, 윤인수 교수는 2018년에 USENIX Security에서 발표한 “QSYM: A Practical Concolic Execution Engine Tailored for Hybrid Fuzzing” 이라는 연구를 통해 상금 2만 5천달러와 함께 이 상을 수상받게 되었다.

이 연구는 차세대 취약점 탐지 기술인 하이브리드 퍼징 기술을 실용화하는 데 큰 기여를 한 연구로, 윤교수는 해당 학회에서도 최우수 논문상을 수상한 바 있다.

ICBS 과학개척상 수상은 윤인수 교수의 혁신적인 연구가 정보보안 분야의 발전과 진보에 크게 기여하였으며, 그가 이 분야에서 가장 우수한 신진 연구자 중 한 명으로 인정받았음을 명확하게 입증해주는 뛰어난 성과라 할 수 있다.

전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀, 최고 수준 고효율 진청색 OLED 구현(KAIST-경상대 공동연구)

OLED는 첨단디스플레이 기술로 활용되고 있는 발광소자로, 화질이 선명하고, 두께가 얇으며, 폴더블이나 롤러블 디스플레이 등에 핵심인 유연한 소자의 제작이 가능한 점 등 여러 고유한 장점을 갖고 있다.

이들 응용에서는 빛의 삼원색을 이루는 적·녹·청 광원의 충분한 효율과 수명을 확보하고 동시에 높은 색 순도의 삼원색을 확보하는 것이 매우 중요한데, 청색 OLED 소자에서 이 세 요건을 동시에 확보하는 기술은 대표적인 난제로 여겨지고 있다.

유승협 교수 연구팀이 경상국립대학교 화학과 김윤희 교수 연구팀과의 협력을 통해, 세계 최고 수준의 높은 효율을 갖는 진청색 유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 소자를 구현하는 데 성공했다.

유승협 교수 연구실의 김형석 박사(現 규슈 대학 연수연구원), 경상국립대학교 천형진 박사(現 임페리얼 칼리지 런던 연수연구원), KAIST 이동균 박사과정(유승협 교수 연구실)이 공동 제1 저자로 수행한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 2023년 5월 31일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: Toward highly efficient deep-blue OLEDs: Tailoring the multiresonance-induced TADF molecules for suppressed excimer formation and near-unity horizontal dipole ratio). (DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf1388)

연구팀은 진청색 OLED 소자 구현을 위해 최근 각광 받고 있는 차세대 발광체인 붕소계 지연형광 재료의 설계에 주목했다. 해당 재료는 뛰어난 색 순도 구현의 장점을 갖고 있으나, 평평한 분자구조로 인해 분자 간 강한 상호작용이 생겨 낮은 농도에서만 진청색이 가능한 한계가 있어, OLED 소자의 충분한 효율 확보를 위해 발광 분자의 농도를 높이면 발광체 자체가 가진 색 순도 장점을 충분히 살리지 못하는 어려운 문제가 있다.

연구팀은 합성이 매우 까다로운 것으로 알려진 기존의 붕소계 재료에 비해 합성 과정을 단순화하면서도 낮은 수율을 개선했을 뿐만 아니라, 분자 동역학 관점에서 분자 간 상호작용을 억제할 수 있는 분자구조를 성공적으로 규명하고, 이를 분자 설계를 통해 구현함으로써 색 순도와 효율이 저하되는 난제를 해결했다.

해당 연구가 그간 시행착오를 반복하며 경험적으로 이루어졌던 것과 달리, 연구팀은 종합적이고 분석적인 방법론을 정립, 최대 효율을 이끌어 낼 수 있는 구조를 이론적으로 예측했으며, 설계한 고효율 유기 발광 소재를 이용한 소자 구조에 접목해 35% 이상의 최대 외부 양자효율을 가진 진청색 OLED 구현에 성공했다. 이는 해당 파장에서의 진청색 OLED 단위 소자의 효율 중 세계 최고 수준의 결과다.

유승협 교수는 “고효율의 진청색 OLED 기술의 확보는 OLED 디스플레이를 궁극의 기술로 완성하는데 필수적인 과제 중 하나로서, 이번 연구는 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례”라고 말했다.

[언론보도]

조선일보 : 발광 효율 35% 높은 진청색 OLED 소자 나왔다…세계 최고 수준 효율 달성 – 조선비즈 (chosun.com)

전자신문 : KAIST·경상대, 최고 수준 고효율 진청색 OLED 구현…35% 이상 최대 외부 양자효율 – 전자신문 (etnews.com)

전기및전자공학부 손영익 교수, 국내 최대규모 양자기술 컨퍼런스인 ‘퀀텀 코리아 2023’에서 ‘과학기술정보통신부 장관상’ 수상

2023년 6월 26일, 과학기술정보통신부(과기정통부)는 서울 동대문디자인플라자(DDP)에서 열린 ‘퀀텀 코리아 2023 컨퍼런스’ 개막식에서 손영익 교수에게 국내 양자 생태계활성화에 기여한 공로로 ‘과학기술정보통신부 장관상’을 수여했다.

손영익 교수는 양자통신의 핵심 기술인 양자중계기 개발을 수행하여 해당 연구가 세계 최초로 대기업의 양자 기술 주력 플랫폼으로 선정되는데 결정적인 기여를 하였으며, 최근 각광받고 있는 범용 양자컴퓨팅 하드웨어 개발 연구 등을 활발히 수행하고 있다.

이번 행사는 미래 산업의 게임 체인저로 지목한 양자과학기술의 글로벌 연구 동향을 살필 수 있는 국제 행사로, 개막식에는 세계적인 양자과학기술 분야 석학인, 양자 얽힘 현상을 규명해 노벨물리학상을 받은 미국의 ‘존 클라우저’ 교수와 양자 암호를 발명한 ‘찰스 베넷’ IBM 연구소 연구위원, 양자 컴퓨터 개발의 중요한 계기가 된 ‘쇼어 알고리즘’의 ‘피터 쇼어’ MIT 교수 등이 참석하였다.

주영창 과기정통부 과학기술혁신본부장은 “정부는 올해를 대한민국 양자 대도약의 원년으로 보고 국가적 역량을 집중해 나가고 있다”면서 ”대한민국이 양자과학기술 분야에서 더 큰 꿈을 꾸고 더 큰 도전에 나설 수 있도록 개개인의 역량과 노력을 모아 달라”고 말했다.

손영익 교수는 10년 이상의 양자컴퓨팅 및 통신 분야 연구 개발 경력을 보유한 양자정보 기술 분야 전문가로서, 현재 KAIST-Harvard 양자기술국제협력 센터장을 역임하고 있다.

양자정보과학기술은 기존의 고전정보 대비 보다 효율적인 연산, 보다 안전한 암호통신 등 정보처리기술의 패러다임 변화를 가져올 것이 기대되는 미래 유망 분야로 알려져 있다.

[시상식 사진]

[언론보도]

조선일보 : “양자기술은 산업의 게임 체인저”…전세계 양자 전문가·기업들 서울에 모였다 – 조선비즈 (chosun.com)

이데일리 : “양자대도약 원년으로 퀀텀점프”···’퀀텀코리아’ 개막 (edaily.co.kr)

전기및전자공학부 최경철 교수 연구실, 맥신 나노기술로 세탁가능한 투명 플렉시블 OLED 개발

전기및전자공학부 최경철 교수 연구실, 맥신 나노기술로 세탁가능한 투명 플렉시블 OLED 개발

– 최경철 교수 연구팀, 6시간 세탁에도 견디는 2D 맥신 전극을 활용해 방수성 투명 플렉시블 OLED 개발

– 환경적으로 견고한 고수명의 맥신 기반 OLED 디스플레이 개발해 차량용 디스플레이, 패션, 의료, 안전 등 다양한 분야에 적용 가능성 및 파급력 기대

자동차 디스플레이, 바이오 헬스케어, 군사 및 패션 등 다양한 분야에서 많은 각광을 받고 있는 투명 플렉시블 디스플레이는 약간의 변형에도 쉽게 깨지는 성질을 가지고 있다. 이를 해결하고자 탄소 나노튜브, 그래핀, 은나노와이어, 전도성 고분자 등 많은 투명 플렉시블 전도성 소재에 관한 연구가 이뤄지고 있다.

전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 나노종합기술원 이용희 박사팀과의 공동 연구를 통해 맥신 나노기술을 활용하여 물에 노출돼도 뒷배경을 보이며 빛을 발광하는 방수성 투명 플렉시블(유연) OLED 개발에 성공했다.

2차원 맥신(MXene) 소재는 높은 전기 전도도와 투과도를 보이고 용액공정을 통한 대규모 생산성 등의 매력적인 특성을 가진 전도성 소재임에도 불구하고 대기 중 수분이나 물에 의해 전기적 특성이 쉽게 열화되기 때문에 고수명의 전자장치로 활용되는데 한계가 있었고, 이로 인해 정보 표시가 가능한 매트릭스 형태로의 시스템화 단계까지 이루어지지 못한 상황이었다.

최경철 교수 연구팀은 수분이나 산소에 의해 산화되는 것을 방지하는 인캡슐레이션(encapsulation) 전략을 통해 환경적으로 견고한 고수명의 맥신 기반 OLED를 개발했다. 연구팀은 수분에 의한 맥신의 전기적 특성 열화 메커니즘을 분석하는데 주목했고, 다음으로 인캡슐레이션 박막을 설계하는 데 주목했다.

연구팀은 수분을 차단하고 잔류응력 상쇄 기술을 도입하여 유연성을 주게 되어 최종적으로는 이중층 구조로 인캡슐레이션 박막을 설계했다. 더불어, 물속에서도 열화없이 세탁이 가능하도록 최상부에 수십 마이크로(μm) 두께의 얇은 플라스틱 필름을 부착하였다.

해당 연구를 통해, 연구팀은 햇빛 비추는 실외디스플레이 조건인 실외에서도 사람의 눈으로 밝기 인식이 가능한 정도로 1,000 cd/m2 이상의 휘도(밝기)를 내는 적색(R)/녹색(G)/청색(B)의 맥신 기반 OLED를 개발했다. 적색 맥신 기반 OLED의 경우, 2,000시간의 대기보관수명(70% 휘도유지), 1,500시간의 대기 구동수명(60% 휘도유지), 1.5mm 수준의 낮은 곡률 반경에서 1,000회 이상을 견디는 유연성을 확보할 수 있었다.

또한, 6시간 동안 물안에 넣어 놓아도 그 성능이 유지되었다(80% 휘도유지). 더불어, 패터닝(patterning) 기술을 활용해 맥신 기반 OLED를 수동 매트릭스(passive-matrix) 형태로 제작함으로써 글자나 모양 표시가 가능한 투명 디스플레이를 시연했다.

이번 연구를 주도한 최경철 교수 연구팀의 정소영 박사과정은 “맥신 OLED의 신뢰성 향상을 위해 이에 적합한 인캡슐레이션 구조 및 공정 설계에 집중했다”며 “맥신 OLED를 매트릭스 타입으로 제작해 간단한 문자나 모형을 표시함으로써 투명 디스플레이 분야에 맥신이 응용될 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

최경철 교수는 “이번 연구가 맥신의 다양한 전자소자로의 응용에 가이드라인이 될 뿐 아니라 투명 플렉시블 디스플레이가 요구되는 차량용 디스플레이, 패션, 기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적용이 가능할 것으로 예상되며, 중국의 OLED 기술과의 격차를 벌리기 위해서는 이러한 새로운 OLED 융합 신기술이 계속 개발되어야 한다”고 밝혔다.

최경철 교수 연구팀의 정소영 박사과정이 제1 저자로 주도하고 과학기술정보통신부 한국연구재단의 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 나노 분야의 권위 있는 국제 학술지 `에이씨에스 나노(ACS nano, IF 18.0)’에 지난 4월 5일 字로 온라인 게재됐으며, 전면 표지 논문(Front Cover)으로 6월 13일 字로 게재됐다. (논문명: Highly Air-Stable, Flexible, and Water-Resistive 2D Titanium Carbide MXene-Based RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics)

언론보도 :

전자뉴스 : [과학]KAIST, 빨아 쓰는 ‘투명 플렉시블 OLED’ 개발 – 전자신문 (etnews.com)

조선일보 : 카이스트, 씻어 쓰는 투명 플렉시블 OLED 개발 – IT조선 > 기업 > 반도체·디스플레이 (chosun.com)

전기및전자공학부 강준혁 교수 연구실 안성준 박사과정 IEEE BMSB 2023 학술대회에서 ‘Best Student Paper’ 수상

전기및전자공학부 강준혁 교수 연구실 안성준 박사과정 IEEE BMSB 2023 학술대회에서 ‘Best Student Paper’ 수상

전기및전자공학부 강준혁 교수 연구실 안성준 박사과정 학생이 중국 베이징에서 열린 IEEE BMSB 2023 학술대회에서 Best Student Paper

(최우수 학생 논문상)을 수상했다.

IEEE BMSB(IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting) 학술대회는 IEEE의 방송기술분과(Broadcast Technology Society)에서 개최하는 권위 있는 학술행사로, 방송기술 분야에 특화된 세계 최대 규모 학술대회다.

안성준 박사과정 강준혁 교수님

안성준 박사과정 학생 연구(논문명: Adaptive Modification of Fading Channel Models for Terrestrial SFN Environments)는 2세대 지상파방송 시스템이 기본 채택하고 있는 단일주파수망(SFN)의 성능 분석에 필수적인 채널 모델을 제공하는 연구로, 실측 기반 채널 모델을 확장하여 수신 환경에 적응적으로 적용 가능하도록 변형하는 기술을 제시하였다.

해당 연구는 세계 각국의 지상파방송 및 통신 표준화와 기술 개발, 성능 분석에 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 안성준 학생은 “앞으로도 활발한 국제 협력을 통해 좋은 연구 성과를 만들어가겠다”라고 수상소감을 밝혔다.

전기및전자공학부 김상현 교수 연구실 국송현 박사과정 2023 International Memory Workshop (IMW) 에서 ‘Best Student Paper’ 수상

전기및전자공학부 김상현교수 연구실 국송현 박사과정생이 2023 International Memory Workshop (IMW)에서 Best Student Paper를 수상했다.

IMW는 반도체 메모리기술에 관한 기술개발을 다루는 국제학회로 30%내외의 채택률 (올해 29%)을 보이는 경쟁력 있는 학회로

올해는 미국 Monterey에서 개최되었다.

국송현 학생의 논문은 기존의 강유전 전계효과트랜지스터의 성능 저하를 줄이기 위해 P-Channel을 이용한다는 발상을 제시하였다.

이를 통해 P-Channel 강유전 전계효과트랜지스터가 우수한 성능의 차세대 NAND 플래시메모리 후보가 될 수 있음을 제안하였고,

이 가치를 인정받아 IMW에서 Best student paper award를 수상하였다.

또한, 국송현 학생은 지난주에 열린 VLSI symposium on Technology and Circuits에서도 차세대 반도체 공정을 이용한 강유전 전계효과트랜지스터 구조 설계 방법에 관한 논문을 발표하였다.

– 학 회 명: 2023 International Memory Workshop (IMW)

– 개최기간: 5월 21-24일 (Monterey, CA, US)

– 수 상 명: Best student paper award

– 저 자 : 국송현, 한재훈, 김봉호, 김준표, 김상현 (지도교수)

– 논 문 명: Proposal of P-Channel FE NAND with High Drain Current and Feasible Disturbance for Next Generation 3D NAND

전기및전자공학부 신영수교수 연구실 박사과정 조강민 학생 2022 IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing에서 Best Paper Award – Honorable Mention 선정

[조강민 박사과정, 권용휘 박사, Pervaiz Kareem 박사, 신영수 교수 왼쪽부터]

– 수 상 명: 2022 IEEE TSM Best Paper Award – Honorable Mention

– 논문제목: Integrated Test Pattern Extraction and Generation for Accurate Lithography Modeling

– 저 자: 조강민, 권용휘, Pervaiz Kareem, 신영수 교수 (지도교수)

– 저 널 명: IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing

전기및전자공학부 신영수 교수 연구실 조강민 박사과정과 권용휘 박사 (Synopsys), Pervaiz Kareem 박사 (IMEC)가 IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing (TSM)에서 2022년 ‘Best Paper Award (BPA) – Honorable Mention’상을 수상하였다.

BPA – Honorable Mention은 일 년 동안 해당 저널에 실린 100여편의 논문들 중 3편만이 선정된다.

특히 권용휘 박사와 신영수 교수는 2021년에 해당 저널에서 BPA (단 1편에 시상)를 수상함으로써, 2년 연달아 BPA – Honorable Mention을 수상하는 쾌거를 올렸다.

TSM은 IEEE Electron Devices Society (EDS)에서 출간하며, 전자 소자와 시스템의 manufacture관련 최신 이론과 응용을 다루는 가장 권위있는 저널이다.

전기및전자공학부 김상식 교수, 집적 광학 반도체 소자의 집적도 한계 극복 기술 개발

– 나노 스케일에서의 새로운 광 결합 메커니즘 발견

– 빛을 반도체 칩 안에 가두고 제어하는 광반도체 소자의 집적도 100배 이상 향상

– 집적 광학 회로를 기반으로 하는 양자 기술 및 라이다 등에 적용할 수 있을 것으로 기대

집적 광학 반도체(이하 광반도체)는 빛을 나노 스케일의 반도체 구조물에 가두고 이를 제어할 수 있게 해주는 기술이다. 컴퓨터와 같은 기존의 전자 기기들이 전자의 흐름을 이용했다면, 광반도체 소자는 전자 대신 광자(빛의 양자 단위)를 제어하고 이를 활용하는 기술이라고 볼 수 있다.

라이다(LiDAR) 및 양자 센서·컴퓨터와 같은 복잡한 광학 시스템을 하나의 작은 칩으로 만들어 줄 수 있어 세계적으로 많은 연구와 투자가 이루어지고 있는 차세대 반도체 기술이다.

김상식 교수 연구팀은 광반도체 소자의 집적도를 100배 이상 향상시킬 수 있는 새로운 광 결합 메커니즘을 개발했다.

김상식 교수가 교신저자로 주도하고 미국 텍사스 공과대학 재직 당시 지도하던 학생들과 함께한 이번 연구는 국제학술지‘라이트: 사이언스 앤 어플리케이션(Light: Science & Applications)’ [IF=20.257]에 6월 2일 字에 게재됐다. (논문명: Anisotropic leaky-like perturbation with subwavelength gratings enables zero crosstalk). 하나의 칩당 구성할 수 있는 소자 수의 정도를 집적도(集積度)라고 하는데, 집적도가 높을수록 많은 연산을 할 수 있고 공정 단가 또한 낮춰준다.

기존의 반도체 기술에서 5나노, 2나노 등의 단위로 얼마나 작게 만드느냐가 관건인데, 광반도체 소자에서도 집적도를 높이는 것은 성능, 가격, 에너지 효율 등을 결정짓는 핵심적인 기술이라 할 수 있다. 하지만 광반도체 소자의 직접도를 높이기는 매우 어려운데, 이는 빛의 파동성으로 인해 근접한 소자 사이에서 광자 간에 혼선(crosstalk)이 발생하기 때문이다.

김상식 교수는 광반도체의 집적도에 있어서 전문성과 연구 업적을 인정받는 연구자이다. 선행 연구를 통해 반도체 구조물을 파장보다 작은 크기로 패턴화하여 빛이 옆으로 퍼지는 정도를 제어할 수 있는 무손실 메타물질(all-dielectric metamaterial)을 개발하였고, 이를 실험을 통해 입증하여 광반도체 집적도에 있어서 세계적인 기록을 보유하고 있다.

이러한 연구는 ‘Nature Communications 9, 1893 (2018)’와 ‘Optica 7, 881-887 (2020)’에 보고되었다. 이러한 성과를 인정받아 미국 국립과학재단(National Science Foundation, NSF)에서 NSF 커리어 어워드(NSF Career Award)와 재미한인과학기술자협회에서 젊은과학기술자상을 수상한 바 있다.

기존의 연구에서는 특정 편광에서만 빛의 혼선을 줄여줄 수 있었는데, 이번 연구에서는 새로운 광 결합(coupling) 메커니즘의 발견으로 기존에는 불가능이라 여겨졌던 편광 조건에서도 집적도를 높이는 방법을 개발하였다.

김상식 교수는 “이번 연구가 흥미로운 점은 기존에는 오히려 빛의 혼선을 크게 해줄 거라고 여겨졌던 누설파(leaky wave, 빛이 옆으로 잘 퍼지는 특성을 가짐)를 통해 역설적으로 혼선을 없애준 점이다”라며 “이번 연구에서 밝혀진 누설파를 이용한 광 결합 방법을 응용한다면 더욱 작고 노이즈가 적은 다양한 광반도체 소자를 개발할 수 있을 것이다”라고 말했다.

언론보도 :

연합뉴스 : KAIST, 광반도체 소자 집적도 100배 높이는 기술 개발 | 연합뉴스 (yna.co.kr)

이데일리 : 양자컴 활용 광학 반도체 연구해 소자 집적도 100배 높였다 (edaily.co.kr)

전기및전자공학부 김동준·정명수 교수 공동연구, 고성능 조립형 SSD 시스템 반도체 최초 개발

– 플래시 전용 온-칩 네트워크 기술이 적용된 SSD 시스템 반도체 개발로 차세대 고성능 SSD 시장 우위 선점 기대

– 기존 시스템 대비 최대 31배 응답시간 줄이고, 수명 23% 늘려

– 인공지능 연구 및 빅데이터 분석 기술을 활용하는 다양한 알고리즘 성능 개선에 기여할 것으로 기대

최근 인공지능을 훈련하기 위해 더 많은 데이터가 필요해지면서 그 중요성은 더욱 증가하고 있으며, 이에 데이터 센터 및 클라우드 서비스를 위한 주요 저장장치인 고성능 SSD(Solid State Drive, 반도체 기억소자를 사용하는 저장장치) 제품의 필요성이 높아지고 있다.

하지만, 고성능 SSD 제품일수록 SSD 내부의 구성요소들이 서로의 성능에 크게 영향을 미치는 상호-결합형(tightly-coupled) 구조의 한계에 부딪혀 성능을 극대화하기 어려웠다.

김동준 교수 연구팀이 고성능 조립형 SSD 시스템 개발을 통해 차세대 SSD의 읽기/쓰기 성능을 비약적으로 높일 뿐 아니라 SSD 수명연장에도 적용 가능한 SSD 시스템 반도체 구조를 세계 최초로 개발했다.

김동준 교수 연구팀은 기존 SSD 설계가 갖는 상호-결합형 구조의 한계를 밝히고, CPU, GPU 등의 비메모리 시스템 반도체 설계에서 주로 활용되는 칩 내부에서 패킷-기반 데이터를 자유롭게 전송하는 온-칩 네트워크 기술을 바탕으로 SSD 내부에 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 구성함으로써 성능을 극대화하는 상호-분리형(de-coupled) 구조를 제안했으며, 이를 통해 SSD의 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계의 상호 의존도를 줄여 독립적으로 설계하고 조립 가능한 ‘조립형 SSD’를 개발했다.

※온-칩 네트워크(on-chip network): CPU/GPU등의 시스템 반도체 설계에 쓰이는 칩 내부의 요소에 대한 패킷-기반 연결구조를 말한다. 온-칩 네트워크는 고성능 시스템 반도체를 위한 필수적인 설계 요소중 하나로서 반도체칩의 규모가 증가할수록 더욱 중요해지는 특징이 있다.

김동준 교수 연구팀이 개발한 조립형 SSD 시스템 구조는 내부 구성요소 중 SSD 컨트롤러 내부, 플래시 메모리 인터페이스를 기점으로 CPU에 가까운 부분을 프론트-엔드(front-end), 플래시 메모리에 가까운 부분을 백-엔드(back-end)로 구분하고, 백-엔드의 플래시 컨트롤러 사이 간 데이터 이동이 가능한 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 새롭게 구성해, 성능 감소를 최소화하는 상호-분리형 구조를 제안했다.

SSD를 구동하는 핵심 요소인 플래시 변환 계층의 일부 기능을 하드웨어로 가속하여 플래시 메모리가 갖는 한계를 능동적으로 극복할 수 있는 계기를 마련하였고 상호-분리형 구조는 플래시 변환 계층이 특정 플래시 메모리의 특성에 국한되지 않고, 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계를 독립적으로 수행하는 설계의 용이성을 가지는 점이 ‘조립형’ SSD 구조의 장점이라고 밝혔다. 이를 통해, 기존 시스템 대비 응답시간을 31배 줄일 수 있었고 SSD 불량 블록 관리기법에도 적용해 약 23%의 SSD 수명을 연장할 수 있다.

KAIST 전기및전자공학부 김지호 박사과정이 제1 저자, 전기및전자공학부 정명수 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 미국 플로리다주 올랜도에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 `제50회 국제 컴퓨터 구조 심포지엄(50th IEEE/ACM International Symposium on Computer Architecture, ISCA 2023)’에서 6월 19일 발표될 예정이다. (논문명: Decoupled SSD: Rethinking SSD Architecture through Network-based Flash Controllers).

연구를 주도한 김동준 교수는 “이번 연구는 기존의 SSD가 가지는 구조적 한계를 규명했다는 점과 CPU와 같은 시스템 메모리 반도체 중심의 온-칩 네트워크 기술을 적용해 하드웨어가 능동적으로 필요한 일을 수행할 수 있다는 점에서 의의가 있으며 차세대 고성능 SSD 시장에 기여할 것으로 보인다”며, “상호-분리형 구조는 수명연장을 위해서도 능동적으로 동작하는 SSD 구조로써 그 가치가 성능에만 국한되지 않아 다양한 쓰임새를 가진다며”연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 컴퓨터 시스템 저장장치 분야의 저명한 연구자인 KAIST 정명수 교수와 컴퓨터 구조 및 인터커넥션 네트워크 (Interconnection Network) 분야의 권위자인 김동준 교수, 두 세계적인 연구자의 융합연구를 통해 이루어낸 연구라는 의미가 있다고 관계자는 설명했다.

언론보도

조선일보 : 성능·수명 높인 조립형 SSD 시스템 반도체 첫 개발 – 조선비즈 (chosun.com)

전자신문 : KAIST, 고성능 조립형 SSD 시스템 반도체 개발…응답시간↓, 수명↑ – 전자신문 (etnews.com)

명현 교수 연구팀, 국제 로봇/자동화 학술대회 슬램(SLAM) 챌린지 2관왕, 저널 최우수논문상 수상

< 사진 1. HILTI SLAM Challenge 2023 수상팀. 왼쪽부터 명현 교수, 신건희 석사과정, 임현준 박사과정, 임형태 박사, 김대범 석사과정, 이대한 인턴 >

< 사진 2. 2022 IEEE Robotics and Automation Letters Best Paper Award 저자. 왼쪽부터 명현 교수, 송원호 박사과정, 오민호 박사과정, 이응창 박사과정, 임형태 박사 >

KAIST 전기및전자공학부 명현 교수 연구실(Urban Robotics lab)의 “Urban Robotics Lab @ KAIST”와, “URL @ KAIST” 두 팀이 5월 29일부터 6월 2일 동안 영국 런던에서 개최된 로봇 분야 최대 규모 학술대회(참가자 7천여 명)인 2023 국제 로봇 및 자동화 학술대회(IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA) 내에서 개최된 힐티 슬램 챌린지(HILTI SLAM Challenge)에서 각각 전체 1위와 비전(vision) 분야 학계 1위의 성과를 거뒀다고 9일 밝혔다.

※ 팀 구성

– Urban Robotics Lab @ KAIST (라이다 부문): 임형태 박사, 김대범, 신건희 석사과정, 이대한 인턴, 명현 교수 (KAIST), URL @ KAIST (비전 부문): 임현준 박사과정, 명현 교수 (KAIST)

힐티 슬램 챌린지 2023은 로봇 분야에서 가장 저명한 IEEE ICRA 학회의 미래 건설 워크샵 (Future of Construction Workshop) 프로그램의 일부로, 리히텐슈타인 공국의 힐티(HILTI) 사와 영국 옥스퍼드 대학의 옥스퍼드 로봇 연구소(Oxford Robotics Institute), 스위스 취리히 공대의 로봇 인지 그룹(Robotics and Perception Group)이 함께 주최했다.

본 대회는 공사환경이나 특징점이 부족한 좁은 실내 환경, 어두운 환경 등 기존 위치 측정 및 동시 지도화(Simultaneous Localization And Mapping, 이하 SLAM) 알고리즘이 동작하기 어려운 환경에서도 강인하게 동작할 수 있는 SLAM 알고리즘을 개발해 정확한 매핑을 하는 대회다. 본 대회에 총 80여 팀의 해외 유수 기업과 연구팀들이 참가했다.

특히, 이번 대회는 2021년도부터 꾸준히 개최되어, 현재는 ICRA 내의 대회 중에서도 저명한 대회 중 하나로 손꼽힌다.

연구팀은 자체 개발한 주변 환경의 특징에 따른 적응형 라이다-관성 주행계(AdaLIO: Adaptive LiDAR-Inertial Odometry) 알고리즘과 다양한 최적화 프레임워크(Pose Graph Optimization)를 활용해 라이다(LiDAR) 세션에서 총 63팀 중 전체 1위를 하였고, 비전 부문에서는 자체 개발한 직선 특징 기반의 강인한 비전-관성 주행계 알고리즘(UV-SLAM)을 활용해 학계 1위 (전체 2위)를 수상했다.

또한 부상으로 상금 3,000 CHF(스위스 프랑)와 1,000 CHF를 각각 받을 예정이다. 연구팀은 2022년에 처음 출전해 학계 2위 (전체 4위)를 수상한 바 있다.

참고로 SLAM 기술은 자율주행(자율차/자율로봇), 자율보행, 자율비행, 자율운항 등의 핵심이 되는 위치인식 및 맵 작성을 동시에 하는 기술이다.

< 사진 3. LiDAR 부문 1위 수상팀으로서, 제안한 SLAM 기술에 대한 초청 구두 강연 장면 (연사 임형태 박사) >

한편, 명현 교수 연구팀의 오민호 박사과정, 정의곤 석사(현 네이버랩스 소속), 임형태 박사, 송원호 박사과정, 허수민 석사(현 스트라드비전 소속), 이응창 박사과정이 LIG넥스원과의 산학협업을 통해 작성한 논문이 동일 학술대회인 2023 IEEE ICRA 기간 중 6월 1일 열린 시상식에서 2022년 IEEE 국제 로봇/자동화 저널(RA-L, Robotics and Automation Letter) 최우수 논문상(Best paper award)을 수상했다.

※ 저자 구성

오민호 박사과정, 정의곤 석사, 임형태 박사, 송원호 박사과정, 허수민 석사, 이응창 박사과정 (이상 KAIST), 박정희 선임연구원, 김재경 단장, 이장우 선임연구원 (이상 LIG넥스원), 명현 교수 (KAIST)

< 사진 4. 2022 IEEE Robotics and Automation Letters Best Paper Award 주 저자. 왼쪽부터 임형태 박사 (3저자), 오민호 박사과정 (공동 1저자), 명현 교수 (교신 저자), 정의곤 석사 (공동 1저자) >

연구팀의 논문은 세계적 권위 저널인 RA-L에 2022년 한해 동안 출간된 1,100여 편의 논문 중 편집위원회의 심사를 거쳐 5편의 최우수 논문 중 한편으로 선정됐고, 상패와 함께 상금을 수여받을 예정이다. (논문 제목: “TRAVEL: Traversable Ground and Above-Ground Object Segmentation Using Graph Representation of 3D LiDAR Scans”)

< 그림 3. 숲과 같은 비정형 환경에서의 TRAVEL 알고리즘 기반 이동 가능 영역 탐지 및 객체 인식 결과 예시 >

본 논문에서 명현 교수 연구팀은 미지의 탐사 환경에서도 지상 로봇이 안전하게 작동하며 임무를 수행할 수 있는 자율주행 시스템을 제안했다. 특히, 지상 로봇이 도심 환경 및 숲과 같은 험난한 비정형 환경과 같은 다양한 환경에서도 그래프 구조 기반의 이동 가능 영역 탐지 및 주변 환경의 객체 인식을 통해 실시간으로 자율주행이 가능하도록 솔루션을 제안했다.

또한, 연구팀은 실제 자율주행 시스템에 적용하여 실용성을 입증한 바 있으며, 해당 기술을 공개함으로써 로봇 자율 주행 기술 발전에 이바지했다. (공개 링크: https://github.com/url-kaist/TRAVEL)

명현 교수는 “자체적으로 확보한 슬램(SLAM) 기술이 세계적으로 인정받는 기회였고, 이를 통해 다양한 자율 주행, 보행, 비행에 활용하여 로봇 산업 발전에 이바지 할 수 있으리라 생각한다”라고 수상 소감을 밝혔다.

언론보도

서울 경제 : KAIST 명현 교수팀, 국제 로봇/자동화 학술대회 슬램 챌린지 2관왕 | 서울경제 (sedaily.com)

헤럴드 경제 :“KAIST 명현 교수팀, 국제 로봇학술대회 2관왕 석권”- 헤럴드경제 (heraldcorp.com)

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