포항공대 연구팀, 차세대 인공지능 메모리 소자의 숨겨진 작동 원리 규명

(왼쪽부터) 포항공대 김세영 교수, 오키 구나완 박사, 포항공대 곽현정 박사

포항공과대학교 연구팀이 AI 연산의 지름길을 찾았다.

25일 포항공대에 따르면, 김세영 신소재공학과·반도체공학과 교수와 곽현정 박사 연구팀이 오키 구나완(Oki Gunawan) 미국 IBM TJ Watson 연구소 박사와 함께 차세대 인공지능 핵심 기술로 주목받는 전기화학 메모리 소자(이하 ECRAM1) 작동 원리를 세계 최초로 규명하는 데 성공했다.

 

연구팀은 텅스텐 산화물을 사용해 이온의 움직임을 통해 정보를 저장·처리하는 ECRAM을 ‘다중 단자 구조’로 제작하고 극저온(–223℃, 50K)부터 상온(300K)까지 다양한 온도에서 내부의 전자 움직임을 관찰할 수 있는 ‘평행 쌍극자 홀 측정 기술2)’을 적용했다.

 

그 결과, ECRAM 내부 산소 결함이 약 0.1eV의 얕은 도너 준위를 형성하며 전자가 쉽게 이동할 수 있는 일종의 ‘지름길’을 만든다는 사실을 발견했다.

최근 AI가 발전하면서 데이터 처리량도 기하급수적으로 늘어나고 있다. 하지만 현재 컴퓨터는 데이터를 저장하는 ‘메모리’와 연산을 수행하는 ‘프로세서’가 분리돼 있어, 두 장치 간 데이터 전송에 많은 시간과 에너지가 필요하다. 이를 해결하기 위해 등장한 개념이 ‘인-메모리 컴퓨팅(In-Memory Computing)’이다.

‘인-메모리 컴퓨팅’ 기술은 메모리 내에서 연산할 수 있어 데이터 이동 없이 빠르고 효율적인 작업이 가능하다. ECRAM는 이를 구현할 핵심 기술 중 하나다. 

ECRAM은 이온의 움직임을 통해 정보를 저장·처리하는데, 복잡한 구조와 고저항성 산화물 소재로 인해 작동 원리를 명확히 이해하기 어려워 상용화의 걸림돌로 꼽혀왔다.

김세영 포항공대 교수는 “이번 연구는 ECRAM 작동 원리를 다양한 온도에서 실험적으로 규명했다는 데 의미가 있다”며 “이 기술이 상용화되면 스마트폰, 태블릿, 노트북 같은 기기에서 AI가 더 빠르게 실행되고, 배터리 사용 시간도 더 길어지는 효과를 기대할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

한편, 이번 연구는 과학 국제 학술지 중 하나인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]