KAIST, 뉴로모픽 반도체 신개념 메모리 소자 개발
공정 비용이 낮고 초저전력 동작이 가능하여 기존의 메모리를 대체하거나 차세대 인공지능 하드웨어를 위한 뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing) 구현에 사용될 메모리 소자가 개발되었다.
KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀이 디램 (DRAM) 및 낸드(NAND) 플래시 메모리를 대체할 수 있는 초저전력 차세대 상변화 메모리 소자를 개발했다고 밝혔다.
그림 설명: (위 시계방향) KAIST 전기및전자공학부 최신현 교수, 박시온 석박사통합과정, 초저전력 상변화 메모리 소자 개념도, 홍석만 박사과정
1. 연구 배경
기존 상변화 메모리의 경우, 쓰기 동작을 할 때 열을 발생시켜 데이터를 저장하기 때문에 다른 메모리 대비 소비 전력이 매우 높은 문제점이 있었다. 연구에서는 상변화 물질을 전기적 포밍 방식으로 주입하여 크기가 매우 작은 나노 필라멘트를 형성, 상변화 나노 필라멘트 기반의 메모리 소자를 개발하였으며 해당 소자가 초저전력, 고신뢰성 및 비휘발성 특성을 보임을 검증하였다.
2. 연구 내용
연구는 기존의 상변화 메모리와 달리 전기적 포밍 방식으로 물질을 주입하여 상변화 나노 필라멘트를 형성, 소비 전력이 매우 작은 초저전력 상변화 메모리 소자를 개발하였다.
기존 상변화 메모리 소자 대비 초저전력 상변화 메모리 소자의 소비 전력 감소 비교.
개발된 소자는 기존 초미세 노광공정으로 제작한 상변화 메모리 소자 대비, 소비 전력이 15배 이상 감소하였으며 낮은 소비 전력과 함께 매우 빠른 쓰기 속도 및 우수한 반복 동작 신뢰성 특성을 보였다.
연구팀은 나노 스케일의 구조를 관찰할 수 있는 투과전자현미경을 이용하여 상변화 나노 필라멘트를 촬영하는데 성공하였으며, 투과전자현미경 분석을 통해 상변화 나노 필라멘트 기반 메모리 소자의 상변화 메카니즘을 확인하였다.
3. 기대 효과
상변화 메모리 소자의 가장 큰 문제 중 하나인 소비 전력 문제를 전기적 포밍 방식으로 생성한 상변화 나노 필라멘트로 해결함과 동시에, 기존 메모리 소자와 달리 초미세 반도체 노광공정 없이 상변화 메모리 소자 구현이 가능하여 고성능/고집적 3차원 수직 메모리 개발이 가능하다.
특히, 초저전력 상변화 메모리의 우수한 특성은 차세대 메모리뿐만 아니라 사람의 뇌를 모사하여 인공지능을 구현하는 뉴로모픽 컴퓨팅에 적합하여 단순한 이미지/음성 인식 뿐만 아니라 적은 전력으로 방대한 양의 데이터를 처리할 수 있는 고성능의 인공지능 칩을 구현할 수 있을 것으로 예상된다.
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