[더테크=조명의 기자] 국내 연구진이 웨어러블 장치의 센서 등에 활용 가능한 유연한 인공지능 반도체 개발에 성공했다. 

한국재료연구원(KIMS, 이하 재료연)은 에너지전자재료연구실 김용훈 박사 연구팀이 리튬 이온 박막을 투명 유연 기판에 적용해 고집적‧고유연성을 가지는 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현했다고 19일 밝혔다. 

뉴로모픽 반도체 소자는 인간의 뇌와 유사하게 시냅스와 뉴런으로 구성된다. 이때 정보처리와 저장기능을 동시에 수행하는 시냅스 소자의 개발이 필수이다. 시냅스 소자는 인간의 뇌와 유사하게 뉴런의 신호를 받아 시냅스 가중치(연결 강도)를 다양하게 변조해 정보의 처리와 기억을 동시에 수행하는 특징을 가진다. 

연구팀은 유연 기판인 컬러리스 폴리이미드(Colorless Polyimide) 위에 리튬이온을 초박막화해 플라즈마 화학 기상 증착법으로 저온에서 합성한 2차원 나노소재와 접목했다. 10~30㎜의 곡률반경과 700번 굽혔다 폈다를 반복하는 유연 시험을 실시, 뚜렷한 성능저하 없이 95% 수준의 높은 손글씨 패턴 인식률을 나타내는 것을 확인했다.

기존 AI 반도체 소자 연구는 대부분 단단한 실리콘 기판을 기반으로 소자를 구현해, 웨어러블 형태의 기계적으로 유연하면서도 고신뢰성을 가지는 시냅스 반도체 소자를 구현하기에 어려운 점이 있었다. 

본 연구팀은 선행연구로 진행된 리튬이온 초박막화 공정과 300℃ 이하의 저온에서 2차원 나노 소재를 합성하는 기술을 접목, 고유연 기판 위에 반도체 공정기술을 이용해 고집적‧고유연 AI 반도체 소자를 개발할 수 있었다.

연구팀이 개발한 차세대 고집적‧고유연 뉴로모픽 반도체 소자 기술은 기존 폰노이만 방식의 정보처리장치인 CPU와 정보저장장치인 메모리가 각각 필요하지 않고, 정보처리와 저장을 저전력으로 동시에 수행할 수 있다. 연구팀은 향후 해당 기술이 웨어러블 저전력 지능형 센서 및 엣지 컴퓨팅의 핵심 소자로 활용 가능할 것이라고 설명했다.

김용훈 재료연 선임연구원은 “본 기술이 상용화되면 웨어러블 사물인터넷 기기간 빅데이터 처리에 필요한 데이터 증가와 처리 지연 문제를 해결할 수 있을 것”이라며 “웨어러블 엣지 컴퓨팅과 신개념의 AI 햅틱 및 비전 센서 등 다양한 저전력 웨어러블 AI 디바이스까지 여러 분야에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

이번 연구 결과는 와일리에서 발행하는 세계적인 학술지인 ‘스몰 메소드(IF: 15.367)’ 3월호에 3월 24일자로 게재됐다.