인간 뇌 닮은 차세대 컴퓨터, 성능 높일 방법 찾았다

KAIST·한양대, 이종원자가 이온 도핑법 개발
멤리스터 균일성·성능 대폭 개선

인텔이 개발한 뉴로모픽 시스템./조선DB

국내 연구진이 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 소자의 신뢰성을 높이는 기술을 개발했다. 뉴로모픽 컴퓨팅 상용화의 걸림돌이었던 불규칙한 소자 특성을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

최신현 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 교수 연구팀은 한양대 연구진과 공동 연구로 차세대 메모리 소자의 신뢰성과 성능을 높이는 이종원자가 이온 도핑 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.

뉴로모픽 컴퓨팅은 인간의 뇌를 모방해 인공지능(AI) 연산을 구현하는 기술을 말한다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 저전력, 고집적, 고효율이 장점인 전도성 변화 소자 멤리스터를 단위 소자로 활용한다. 멤리스터는 메모리(Memory)와 레지스터(Resistor)의 합성어로, 이전 상태를 모두 기억하는 메모리 소자다. 다만 멤리스터는 불안한 소자 특성 때문에 신뢰성이 낮다는 문제가 있다.

연구팀은 소자의 균일성과 성능을 개선하는 ‘이종원자가 이온 도핑 방법’을 개발했다. 이종원자가 이온은 원래 존재하던 원자와 다른 원자가를 갖는 이온을 말한다. 원자가는 결합의 척도를 나타내는 말이다.

최신현 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 교수 연구팀이 개발한 멤리스터 성능을 개선하는 이종원자가 이온 도핑 방법 개념도./KAIST

연구팀은 원자 단위 시뮬레이션 분석으로 이종원자가 이온 도핑의 성능을 증명했다. 도핑된 이종원자가 이온은 근처 산소의 빈자리를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 만들었다. 또 이온 근처 공간은 넓혀 빠른 소자 동작이 가능했다. 연구팀 분석 결과, 이종원자가 이온이 도핑된 멤리스터는 결정질과 비결정질 환경에서 성능이 개선됐다.

최신현 교수는 “이종원자가 도핑 방법은 뉴로모픽 소자의 신뢰성과 성능을 높이는 방법”이라며 “차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅 상용화에 이바지할 수 있다”고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 나노종합기술원의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 7일 게재됐다.

참고 자료

Science Advances(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adm7221

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