【 청년일보 】 동국대학교(동국대)는 전자전기공학과 변웅빈 석사(제1저자), 김성준 교수(교신저자)로 구성된 연구팀이 단일 소자 RRAM에서 전류 제한을 조절해 휘발성, 비휘발성 그리고 문턱 스위칭의 세 가지 스위칭 특성을 선택적으로 구현하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

이번 연구 결과는 'Universal Neuromorphic Element: NbOx Memristor with Co-Existing Volatile, Non-Volatile, and Threshold Switching'이라는 제목으로 나노·반도체 기술 분야 저명 국제 학술지 'Advanced Functional Materials (IF=19)'에 올해 9월 온라인에 게재됐다.

이번 연구에서는 W·NbOx·Pt 구조의 멤리스터 소자에서 전류 제한을 제어하는 간단한 방법으로 세 가지 핵심적인 메모리 동작 모드를 선택적으로 구현했다. 이는 개별 소자가 상황에 따라 뉴런과 시냅스의 기능을 모두 수행할 수 있는 뉴로모픽 컴퓨팅의 핵심적인 기능을 단일 소자로 구현한 것이다.

연구팀은 "소자 내부에 형성되는 전도성 필라멘트의 형태와 안정성을 전류량으로 조절함으로써 다기능성 구현이 가능해진 것"이라고 설명했다.

또한, 연구팀은 각 상태에서 내구성 및 유지력을 실험적으로 검증하면서 메모리 소자의 실용 가능성과 신뢰성을 입증했다. 특히, 100회 이상의 반복적인 스위칭 동작에도 세 가지 특성이 각각 안정적으로 유지된 것은 반복 작업에서 메모리 성능을 보장할 수 있는 기반을 마련한 것으로 큰 의미가 있다.

연구팀은 나아가 휘발성 모드를 뉴로모픽 컴퓨팅의 저장소 층으로, 비휘발성 모드를 안정한 가중치 판독 층으로, 문턱 스위칭을 뉴런 발화 동작으로 각각 활용하는 '온칩 학습 시나리오'의 가능성도 함께 제시했다.

김성준 교수는 "이번 연구를 통해 하나의 소자가 뉴런의 발화와 시냅스의 가중치 저장을 모두 구현하면서, 하드웨어 기반 뉴로모픽 시스템의 전력 효율과 집적도를 획기적으로 개선할 수 있는 발판을 마련한 것"이라고 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견연구 사업 '축적컴퓨팅 구현을 위한 리텐션 조절 가능한 하프늄 기반 강유전체 소자 기술'과 글로벌 기초연구실 '뉴로모픽 기술 기반 모빌리티 배터리 PHM 글로벌 기초연구실'의 지원을 받아 수행됐다.
 

【 청년일보=조성현 기자 】