[충청뉴스 이성현 기자] 몸에 착용하는 웨어러블 기기가 보행이나 정밀한 신체 동작의 흐름을 정확히 읽어낼 수 있는 초저전력 AI 반도체 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST)은 AI시스템학과 권지민 교수 연구팀이 UNIST, POSTECH과 함께 반응 속도가 서로 다른 반도체 소자를 수직으로 쌓아 올린 3차원 AI 반도체 개발에 성공했다고 29일 밝혔다.
단일 3차원 집적(M3D)은 동일한 기판 위에 여러 소자층을 순차적으로 형성해 수직으로 집적하는 기술로, 평면 면적을 늘리지 않고 다기능 소자를 고밀도로 구현할 수 있다.
연구팀은 당초 저전력 소자 연구로 출발했으나, 이온의 이동과 이완 속도(시간상수)를 조절해 입력 신호의 과거 이력을 기억하는 특성에 주목했다.
이에 연구를 확장해 액체 전해질 대신 고체형 이온젤을 도입하고 박막 두께와 이온 함량을 제어해 빠른 소자와 느린 소자를 수직으로 적층하는 데 성공했다.
이 반도체는 전기가 끊겨도 이온의 흔적이 남는 물리적 시스템을 활용한 정보 처리 장치(Physical Reservoir) 기술을 바탕으로 방금 들어온 신호와 이전 신호를 동시에 처리한다.
실험 결과 4-bit 입력 패턴 16가지를 구별했으며, 움직이는 숫자 영상 판별에서도 90% 이상의 정확도를 나타냈다.
또 4인치 웨이퍼 및 유연 기판 구현은 물론 55개월간의 신뢰성 검증도 마쳤다.
연구팀은 향후 대규모 어레이화 및 패키징, 주변 회로 인터페이스 고도화를 통해 실제 센서 입력과 연계된 저전력 엣지 AI 뉴로모픽 시스템으로 확장할 계획이다.
권지민 교수는 “기존 반도체 공정으로 대면적 제작 및 수직 적층이 가능한 만큼, 스마트워치 등 전력 소모가 적어야 하는 웨어러블 기기의 핵심 AI 반도체로 활용될 것”이라고 설명했다.
