다진법 반도체로 발열, 전력소모 해결 가능
비실리콘 기반 다진법 반도체 개발 필요
인공지능(AI), 자율주행 등이 상용화되면서 데이터 급증이 반도체 업계의 화두다. 반도체 발전 속도와 데이터 증가 갭이 더욱 확대되고 있기 때문이다. 업계에서는 이를 해결하기 위한 솔루션으로 다진법 반도체를 제시하고 있다.
임정욱 ETRI 책임은 30일 제주 서귀포시 롯데호텔 제주에서 열린 대한전자공학회(IEIE) 2023년도 하계종합학술대회에서 "최근 반도체 산업에서 고집적, 비용, 속도 지연 등의 문제가 발생하고 있다"며 "이를 해결하기 위해서는 비실리콘계 다진법 소자 등의 게임체인저가 필요하다"고 밝혔다.
그는 이날 '산화물 반도체 기반의 광/전자 복합자극 시냅스 소자 개발' 주제로 강연했다.
다진법 반도체는 3진법 이상의 연산 방식을 사용하는 차세대 반도체다. 0과 1 두 가지 숫자로 정보를 처리하는 2진법 반도체에 비해 훨씬 많은 양의 연산이 가능하다. 예를 들어, 숫자 128을 표현하려면 2진법으로는 8개의 비트가 필요하지만 3진법으로는 5개의 트리트(3진법 단위)만 있으면 저장할 수 있다. 이와 같이 연산을 획기적으로 줄일 수 있어 반도체의 발열과 전력 소모 등의 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대받고 있다.
국내에서도 다진법 반도체 연구가 활발히 진행되고 있다. 지난 2019년 발표된 삼성전자와 울산과학기술원(유니스트)의 3진법 반도체 대표적인 실례다. 유니스트는 삼성전자의 지원을 받아 초절전 3진법 금속산화막 반도체를 세계 최초로 대면적 실리콘 웨이퍼에서 구현했다.
임정욱 책임은 "해당 연구는 3진법 반도체의 동작을 증명했다는 점에서 굉장히 의미있는 연구"라며 "다만, 실리콘 기반으로 만들어져 복잡한 구조로 만들어졌다"고 설명했다. 이어 "(양산 등을 위해서는) 새로운 소재를 사용해 다진법 반도체를 개발할 필요가 있다"고 덧붙였다.
또, 신경망처리장치(NPU)와 다진법 소자를 통합한 개념도 '뉴로모픽·다진법 통합 소자' 개념도 소개했다. NPU는 인간 뇌 신경망을 모사해 대규모 연산을 동시에 처리할 수 있는 반도체다.
임정욱 책임은 "일체형 소자는 뉴런 간의 연결 강도 실시간 조정과 다진법 계산을 통해 인간 두뇌 신경과 유사한 학습이 가능하다"며 " 이를 통해 페이크 뉴스와 같은 가짜 정보를 선별적으로 받아들일 수 있을 것"이라고 말했다.
디일렉=노태민 기자 [email protected]
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