3진법 연산 가능한 신개념 반도체 나온다

KAIST-가천대, 3진법 연산 반도체 논리 회로 개발
3진법 논리 회로 동작 안정성 60%… “세계 최고 수준”

임성갑 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 공동연구팀이 개발한 신개념 3진법 디지털 논리 회로./KAIST

국내 연구진이 기존 2진법에서 벗어나 3진법이 가능한 반도체 회로를 개발했다. 향후 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 기술이 요구하는 대용량 정보 처리가 가능해질 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 임성갑 생명화학공학과 교수와 유호천 가천대 전자공학부 교수 공동연구팀이 높은 데이터 처리 효율성과 집적도를 제공할 신개념 디지털 논리 회로 구현에 세계 최초로 성공했다고 11일 밝혔다.

‘0′과 ‘1′의 두 가지 논리 상태만 사용하는 2진법과 달리 3진법은 ‘0′, ‘1′, ‘2′ 세 가지 논리 상태로 정보를 표현한다. 3진법은 같은 정보를 더 적은 논리로 표현해 정보 처리 효율성을 높일 수 있기 때문에 반도체의 고속화와 저전력화, 소형화가 가능하다. 하지만 논리 상태가 추가돼 신호를 안정적으로 출력하기 어렵고, 기존 2진법 체계와 호환되지 않아 상용화에 어려움이 있었다.

연구팀은 3진법의 문제점을 해결하기 위해 논리 회로의 출력 특성을 회로 동작 중에 실시간으로 조절할 수 있는 새로운 논리소자를 개발했다. 특히 필요에 따라 정보를 저장하거나 다시 지울 수 있는 장치인 플래시 메모리를 3진법 논리 회로 자체를 저장할 수 있도록 논리소자에 집적했다. 3진법 논리 회로가 저장하고 있는 정보에 따라 ‘1′의 출력 특성이 조절되도록 만든 것이다. 연구팀은 앞선 과정으로 3진법 논리 회로의 동작 안정성이 세계 최고 수준인 약 60%를 달성했다고 설명했다.

3진법 논리 회로에 저장된 정보를 지울 경우, 논리 상태 ‘1′은 출력되지 않고 ‘0′과 ‘2′만 출력되는 점을 이용해 연구팀은 2진법과 3진법으로 동작할 수 있는 회로를 구현했다. 또 각각의 논리소자에 서로 다른 정보를 저장하는 방식으로 2진법과 3진법 논리 출력을 조합해 3진법 회로의 정보 처리 효율과 집적도를 향상했다. 기존 2진법 체계를 유지하면서 3진법의 정보 처리 능력을 탄력적으로 활용할 수 있는 셈이다.

임성갑 교수는 “기존 디지털 논리 회로와 비교해 다양한 연산이 가능하고 복잡한 연산을 단순화할 수 있는 논리소자를 개발했다”며 “향후 대용량 정보 처리가 필요한 AI, IoT 등 다양한 분야에 유용한 지침이 될 것으로 기대된다”고 했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 이공분야기초연구사업과 산업통상자원부 산업기술혁신사업 등의 지원을 받았다. 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 지난달 23일 게재됐다.

참고자료

Nature Communications, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39394-5

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