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[IT뉴스]뉴로모픽 컴퓨팅 구현?…디램·낸드 장점 합친 상변화 메모리 개발

온카뱅크관리자

2024-04-04 11:30:19

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST 
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 <img alt="상변화 메모리는 인간의 두뇌를 모방한 '뉴로모픽 컴퓨팅' 구현에 활용될 것으로 기대된다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202404/04/dongascience/20240404113025153afgu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3aUV6cg2t2" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202404/04/dongascience/20240404113025153afgu.jpg" width="658">
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 상변화 메모리는 인간의 두뇌를 모방한 '뉴로모픽 컴퓨팅' 구현에 활용될 것으로 기대된다.
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 국내 연구팀이 공정 비용이 낮고 초저전력 동작이 가능한 상변화 메모리 소자를 개발했다. 디램(DRAM), 낸드(NAND) 플래시 메모리 등 기존 메모리를 대체하거나 인공지능(AI)을 위한 '뉴로모픽' 컴퓨팅 구현에 사용될 것으로 기대된다.
 KAIST는 최신현 전기및전자공학부 교수 연구팀이 초저전력 차세대 상변화 메모리 소자를 개발해 연구 결과를 국제학술지 '네이처'에 게재했다고 4일 밝혔다. 상변화 메모리는 열을 조절해 물질 상태를 결정질 또는 비정질로 변화시킬 때 저항 상태를 활용해 정보를 저장하거나 처리하는 메모리 소자다.
 현재 널리 사용되는 메모리인 디램(DRAM)은 속도가 매우 빠르지만 전원이 꺼지면 정보가 사라지는 휘발성이다. NAND 플래시 메모리는 읽기/쓰기 속도가 상대적으로 느리지만 전원이 꺼져도 정보를 보존하는 비휘발성이다.
 상변화 메모리는 DRAM과 NAND의 장점을 모두 가진 차세대 메모리로 속도도 빠르고 비휘발성이다. 기존 메모리를 대체하거나 인간의 두뇌를 모방한 '뉴로모픽 컴퓨팅' 구현할 기술로 활발히 연구됐다.
 문제는 기존 상변화 메모리의 소비 전력이 매우 높아 실용적인 대용량 메모리 제품과 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하기 어렵다는 점이다. 최 교수는 "기존 소자에서는 상변화 물질을 먼저 쌓고 전극 패턴을 새겼다"며 "패턴 크기를 줄이면 소비 전력을 줄일 수 있는데 고비용의 패턴 공정이 필요하고 패턴 크기를 줄이는 데에도 공정 한계가 있었다"고 설명했다. 
 연구팀은 메모리 소자 안에 중간 물질과 반도체 전극 물질을 쌓고 전기를 가하면 전극 물질이 중간 물질로 파고들면서 기존 전극보다 훨씬 얇은 상변화 물질 구조를 형성한다는 사실을 활용했다. 최 교수는 "새로운 소자는 패턴 공정 없이 자연스러운 화학 반응으로 기존 전극보다 훨씬 얇은 상변화 필라멘트를 생성한 것"이라고 설명했다.
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 <img alt="연구팀이 개발한 초저전력 상변화 메모리 소자에서는 전기를 가해 기존 소자의 전극 지름보다 훨씬 얇은 상변화 필라멘트를 형성했다. 새로 개발된 소자는 기존 소자 대비 소비 전력이 15배 감소했다. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202404/04/dongascience/20240404113026563egqt.png" data-org-width="680" dmcf-mid="0Uz8xDj4Y9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202404/04/dongascience/20240404113026563egqt.png" width="658">
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 연구팀이 개발한 초저전력 상변화 메모리 소자에서는 전기를 가해 기존 소자의 전극 지름보다 훨씬 얇은 상변화 필라멘트를 형성했다. 새로 개발된 소자는 기존 소자 대비 소비 전력이 15배 감소했다. KAIST 제공
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 실험 결과 연구팀이 개발한 상변화 메모리는 기존 초미세 패턴 공정으로 만든 소자 대비 소비 전력이 15배 이상 감소했고 매우 빠른 쓰기 속도를 보였다. 반복 동작에서도 신뢰성이 우수했다. 
 연구팀은 "적은 전력으로 방대한 양의 데이터를 처리하는 고성능 AI 칩을 구현할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
 최 교수는 "이번에 개발된 초저전력 상변화 메모리 소자는 패턴 크기를 줄이려는 기존 연구 방향과 완전히 다른 방식으로 큰 숙제였던 소자 제조 비용과 에너지 효율을 대폭 개선한 것"이라며 "소자 내 상변화 물질 선택이 자유로워 3차원 수직 메모리와 뉴로모픽 컴퓨팅 등 다양한 응용을 가능케 하는 미래 전자공학의 기반이 될 것"이라고 내다봤다.
  
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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