김현재 교수팀, 2023년도 국가 반도체 연구실 선정

5년간 23.75억 원 지원, 대한민국 반도체 산업 기반 마련

[사진. 김현재 교수]

공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 ‘2023년도 국가 반도체 연구실 지원 핵심 기술 개발 사업 신규 과제’에 6월 29일 선정됐다. 

과학기술정보통신부는 글로벌 반도체 기술 패권 경쟁 강화에 대응해 연구 개발 및 인력 양성의 기초 단위인 대학 반도체 연구실(Lab)의 역량을 강화하기 위해 ‘2023년도 국가 반도체 연구실 지원 핵심 기술 개발 사업 신규 과제’ 공모를 실시했다.

반도체 원천 기술 분야 핵심 연구실의 중‧장기 연구 개발을 지원하는 이 사업은 국가 플래그십 반도체 연구실을 지정‧육성해, 특화 분야에 대한 집중 연구를 통해 기업 난제 및 차세대 기술 등 향후 10년 내 활용될 특허를 획득하는 것을 목표로 한다. 선정된 연구실에는 약 5년간 23.75억 원이 지원된다.

김현재 교수 연구팀은 ‘차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 위한 IGZO V-Tr 기반 고집적/고성능 capacitorless DRAM 기술 개발’이라는 주제로 과제 수주에 성공했다.

기존 상용화되고 있는 메모리 소자는 폰 노이만 구조로, 연산 처리 장치와 메모리가 분리돼 있으며, 데이터 전달이 버스(bus)를 이용해 직렬적으로 이뤄지는 구조이다. 폰 노이만 구조는 데이터양이 늘어날수록 데이터 전송 속도가 느려지고 전력 소비가 증가하는 병목 현상이 발생해, 이러한 병목 현상을 해결하기 위해 PIM(Processing-In-Memory) 소자의 필요성이 대두되고 있다.

이에 김현재 교수 연구팀은 PIM 소자 연구를 위해 IGZO( Indium-Gallium-Zinc Oxide)를 채널층으로 사용하는 종형 트랜지스터(vertical transistor, V-Tr) 기반 커패시터 없는(capacitorless) DRAM 소자를 제안했다. 

제안된 V-Tr을 이용해 제작한 DRAM 소자는 기존에 상용화된 ‘1개 트랜지스터, 1개 커패시터(1T1C)’ DRAM에 비해 고집적이면서 고성능을 자랑할 것으로 예상된다. 

최종적으로는 앞서 개발한 단위 DRAM 셀(cell)을 어레이(array)로 제작한 후 파이썬(python) 프로그램을 이용해 인공지능 신경망을 구현해, 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 PIM 기술의 소자로 적용할 가능성을 보여 주고자 한다.

[그림. 본 연구의 개요]

연구팀은 “이 과제를 5년간 수행할 경우, 대한민국 반도체 산업의 기반이 될 수 있는 삼극 특허를 총 7개 출원, 6개 등록할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.