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인공지능(AI) 시대가 도래하면서 첨단 기술 분야에서는 전력 수요가 증폭되고 있다. 특히 컴퓨터나 스마트폰은 계산을 담당하는 연산 장치와 정보를 기억하는 메모리가 서로 떨어져 있어 이 사이를 오가는 데이터가 증가할수록 전력 소모가 발생한다.
이런 이유로 인간의 뇌처럼 한곳에서 계산·기억을 동시에 처리하는 ‘인메모리(In-memory) 반도체’ 기술이 주목받고 있다.
연구팀은 로마 신화 속 두 얼굴의 신에서 이름을 딴 ‘야누스’ 나노 신소재에 주목했다. 두께가 약 0.4나노미터(머리카락 굵기의 수십만 분의 일 수준)에 불과한 얇은 원자층을 이중구조로 합성한 것이다.
성균관대는 “연구팀이 개발한 소재는 전기가 흐르는 반도체 특성과 전기를 저장할 수 있는 성질을 단 한 겹의 원자층 안에 동시에 갖추고 있다”며 “이로 인해 미세한 전압 신호만으로도 전하의 방향을 번개처럼 빠르게 바꿀 수 있는 것이 특징”이라고 설명했다.
실제로 연구팀이 개발한 새로운 메모리 소자는 기존 메모리로는 감지하기 힘들었던 16.5나노초(1억분의 1.65초 수준)의 전기 신호에도 반응했다. 또한 1회 작동에 사용되는 전력 소모를 펨토줄(1000조 분의 1줄) 단위 수준으로 대폭 낮춰 배터리 부담을 획기적으로 줄인 점도 특징이다.
이번 연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 자매지(Nature Communications)에 게재됐다.
임성주 교수와 김기강 교수는 “이번 연구는 두께가 원자 수준에 불과한 단일 층 나노소재를 이용해 기존 메모리 소자가 안고 있던 내구성 저하와 전력 소모 문제를 동시에 극복할 수 있음을 입증한 결과”라며 “사람의 뇌 신경망을 닮은 뉴로모픽 컴퓨터와 고효율 인공지능 하드웨어를 현실화하는 중요한 원천 기술이 될 것”이라고 기대했다.
