우리대학 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 성공했다. 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 지난 9월 온라인에 게재됐다.
이 연구를 쉽게 설명하면 세 가지 동작 모드를 단일 소자에 탑재한 것으로 풀이할 수 있다. 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.
한편, 우리대학 김성준 연구 팀은 이번 연구 뿐만 아니라 올해 여러 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 개발하며 유명학술지에 여러 차례 게재됐다. 지난 8월에는 전기적 및 광학적 특성 제어로 휘발성/비휘발성 메모리 특성 동시 구현하는 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 구현에 성공했으며, 지난 6월에는 정밀한 가중치 전사 기법을 이용한 저항변화 멤리스터 어레이 기반 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 개발했다. 이러한 연이은 성과는 우리대학이 차세대 기술 및 융합 연구 분야에서도 두각을 나타내고 있음을 보여준다. 김성준 연구팀의 지속적인 성과가 우리대학 전체의 연구 역량을 한층 끌어올리는 긍정적 동력이 됨과 동시에 첨단 과학기술 분야에서 우리대학의 이름을 더욱 빛나기를 구성원 모두가 한마음으로 응원해야 할 때이다.