[과학을 읽다]스마트폰에도 '알파고' 만날 수 있다

국내 연구팀, 인간 뇌를 닮은 차세대 메모리 소자 개발

▲인간의 뇌 속에서 정보를 전달하고 기억을 저장하는 시냅스(좌측)와 연구팀이 개발한 2전극 메모리 소자(우측 하단).[사진제공=IBS]

[아시아경제 정종오 기자] 인간의 뇌를 닮은 차세대 메모리 소자가 나왔습니다. 그래핀 등 2차원 나노물질로 터널링 메모리(TRAM)가 개발됐습니다.

국내 연구팀이 그래핀 등 2차원 나노소재들로 인간의 뇌 속 시냅스를 모방한 터널링 메모리(TRAM, Tunneling Random Access Memory) 반도체 소자 구현에 성공했습니다. 저전력 고성능 인공지능 컴퓨터 개발의 새로운 길이 열릴 것으로 보입니다.

인간의 뇌 속 시냅스는 2개의 돌기(소자의 전극에 해당)로 신호를 주고받습니다. 신호의 잔상을 남겨 기억을 저장합니다. 인간의 뇌는 이 같은 시냅스 시스템을 기반으로 적은 에너지로도 고도의 병렬연산을 빠르게 처리할 수 있습니다. 연구팀은 기존 3개의 전극을 갖는 플래시 메모리 구조에서 저장 전극(Gate)을 없앴습니다. 그 대신 2개의 전극(Drain, Source)으로 신호 전달, 저장을 동시에 수행토록 해 시냅스처럼 작동하는 터널링 메모리(TRAM)를 구현했습니다.

지난 3월 서울에서 특이한 바둑대국이 열렸습니다. 구글 자회사 딥마인드가 개발한 인공지능 '알파고'와 이세돌 9단의 대국이었습니다. 당시 알파고는 약 1200개의 컴퓨터 CPU(중앙처리장치)로 시간당 56㎾의 전력을 소비하며 시간당 불과 20W의 에너지를 소모한 이세돌 9단과 치열한 접전을 벌였습니다. 만약 인간의 뇌처럼 에너지효율이 뛰어난 인공지능 컴퓨터를 만들어낸다면 스마트폰에서도 알파고를 만날 수 있는 것이죠.

새로 개발된 터널링 메모리는 2차원 나노물질인 그래핀, 육각형 질화붕소(h-BN), 이황화몰리브덴(MoS2)을 쌓아올려 만들어졌습니다. 입력 전극(Drain)에 전압을 가하면 이황화몰리브덴을 통해 전자(신호)가 흐흡니다. 이 중 일부 전자는 수 나노미터 두께의 얇은 육각형 질화붕소 절연층을 터널링해 그래핀에 저장됩니다. 저장된 전자가 만든 전기장은 이황화몰리브덴의 저항을 변화시켜 전자의 흐름을 제어해 메모리로 작동합니다. 터널링 메모리 구조는 상용 실리콘 메모리에도 곧바로 적용이 가능합니다.

새로운 터널링 메모리는 소자재료로 전기적, 기계적 특성이 우수한 2차원 나노물질만을 사용해 기존 메모리 소자(PRAM, RRAM) 대비 1000배 높은 신호 정밀도와 고무와 같은 신축성을 확보했습니다. 웨어러블 기기에 적용돼 기술적 진보를 가져올 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단(단장 이영희, 성균관대 물리학과) 연구팀과 유우종 성균관대 교수(전자전기공학부) 연구팀이 공동 수행했습니다. 연구 성과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월2일자(논문명:Two-Terminal Floating-Gate Memory with van der Waals Heterostructures for Ultrahigh On/Off Ratio)에 실렸습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr