KAIST(총장 배충식)는 전기및전자공학부·반도체공학대학원 최신현 석좌교수 연구팀이 입력 데이터의 변화 속도에 맞춰 반응 특성을 스스로 조절하는 새로운 AI 반도체 소자 '프로그래머블 동적 멤트랜지스터(Programmable Dynamic Memtransistor, PDM)'와 이를 집적한 어레이를 개발했다고 7일 밝혔다.
기존 AI 반도체는 입력 신호에 반응하는 속도와 정보를 기억하는 시간이 한 번 정해지면 바꿀 수 없는 고정된 반응 특성을 지닌다. 그러나 실제 환경에서 발생하는 신호는 서로 다른 시간 척도를 갖는다. 음성이나 생체 신호는 비교적 빠르게 변화하는 반면 기상 정보나 산업 설비 상태는 상대적으로 느리게 변화한다. 심장 박동·날씨·공장 설비 상태처럼 시간에 따라 달라지는 데이터를 다루는 시계열 AI에서는 이러한 고정형 구조가 처리 정확도를 떨어뜨리는 근본적 한계로 작용해 왔다.
연구팀이 개발한 PDM은 입력 신호의 시간 정보를 처리하는 휘발성 동적 특성과, 해당 시간 응답 특성을 설정·유지하는 비휘발성 메모리 기능을 하나의 트랜지스터에 통합했다. 5nm 두께의 IGZO 기반 전하 저장층과 SiO2/HfO2/SiO2 전자 포획층으로 구성되며, 외부 회로나 지속적인 전압 인가 없이도 다양한 시간 응답 특성을 비휘발적으로 조절할 수 있다. 연구팀은 PDM을 8×8 어레이로 집적해 복합 시계열 데이터를 병렬 처리하는 실증에도 성공했으며, 기존 고정형 AI 반도체 대비 시계열 데이터 예측 오류를 최대 40배 줄이는 성능을 확인했다.
이 연구 성과는 자율주행, 로봇, 웨어러블 기기의 실시간 AI 성능을 높이는 차세대 엣지 AI 핵심 원천기술로 평가받으며 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다. 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 정보통신기획평가원, 산업통상자원부 KIAT, 삼성전자 등의 지원을 받아 수행됐다.
헬로티 김재황 기자 |
