강유전체 메모리 기반 3차원 인-메모리 컴퓨팅 어레이의 구조, 데이터 처리 및 각 층을 병렬적으로 활용한 데이터 연산 방법.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 방대하고 복잡한 데이터를 머리카락보다 1만 배 이상 얇은 3차원 메모리 소자에 저장·처리할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 포항공과대학교(포스텍) 이장식 교수 연구팀이 강유전체 물질을 활용하여 정보의 저장, 처리 및 연산이 모두 가능한 차세대 3차원 구조의 고집적 메모리 어레이를 개발했다고 밝혔다.

최근 인공지능·자율주행·사물인터넷 등의 활용이 활발해지면서 이에 필요한 메모리 용량이 지속 증가하고 있지만, 공정이 복잡하고 저전력·고집적도를 만족하는 기술 개발에 어려움을 겪고 있다.

비정형의 방대한 정보를 메모리 내에서 실시간으로 분석하는 인-메모리 컴퓨팅 기술의 활용도 역시 높아지는 상황이다.

인-메모리 컴퓨팅 기술을 구현하기 위해서는 현재 상용화된 메모리 수준의 집적 기술과 동작 방식 관련 연구가 시급하다.

현재까지의 관련 연구는 단위 소자 및 이를 2차원 평면상에서 집적한 어레이 기술 개발에 집중되었는데, 이는 정보의 양이 늘어날수록 어레이의 면적이 계속 커져야 하는 한계가 있었다.

이장식 교수 연구팀은 인-메모리 컴퓨팅 어레이에서 활용 가능한 고성능 메모리 소자를 구현하기 위해 강유전체 물질을 이용한 메모리 소자에 주목했다.

연구팀은 산화 하프늄 기반 강유전체 물질과 산화물 반도체 채널 층을 활용하여 고성능 강유전체 메모리 소자를 개발하고, 이를 어레이 구조로 집적한 인-메모리 컴퓨팅 어레이를 구현했다.

특히 이를 수직으로 적층해 복잡한 정보의 처리를 각 층에서 병렬적으로 진행 가능한 3차원 구조의 어레이를 제시했으며, 여러 색이 포함된 그림과 같이 복잡한 형태의 정보 처리가 가능함을 확인했다.

이장식 포스텍 교수.[포스텍 제공]

연구팀은 3차원 구조의 강유전체 메모리의 크기를 10nm(나노미터) 수준으로 소형화시켜 현재 상용화된 메모리에 비하여 높은 집적도의 인-메모리 컴퓨팅 어레이 구현 가능성도 확인했다.

이장식 교수는 “이번에 개발한 기술은 비정형의 복잡한 정보 처리가 필요한 인공지능, 무인자동차, 사물인터넷, 메타버스 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 1일 게재됐다.