반도체 소자 에너지 소모량을 늘리거나 정상 작동을 방해하는 열을 오히려 컴퓨팅에 활용하는 기술이 국내 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김경민 신소재공학과 교수팀이 산화물 반도체 열-전기 상호작용에 기반한 열 컴퓨팅 기술 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 전기-열 상호작용이 강한 '모트 전이 반도체'를 활용, 반도체 소자에 열 저장·전달 기능을 최적화해 이용하는 컴퓨팅을 구현했다.
개발 기술은 기존 중앙처리장치(CPU)·그래픽처리장치(GPU)와 같은 디지털 프로세서보다 100만분의 1 수준 에너지만으로 경로 찾기 등 복잡한 최적화 문제를 풀 수 있었다.
은 열전도도, 높은 비열을 가진 폴리이미드 기판에 모트 전이 반도체 소자를 제작, 반도체 소자에서 발생한 열이 기판에 저장이 될 수 있도록 했다.
이렇게 저장된 열은 일정 시간 동안 유지되며 시간적 정보 역할을 했다. 또 이웃 소자로 전파되기도 해 공간적 정보 역할을 했다. 이런 열 정보 시공간적으로 활용으로 컴퓨팅을 수행할 수 있었다.
김경민 교수는 “단순히 전기 신호만 사용하던 컴퓨팅 기술은 이제 한계에 이르렀으며, 열의 저장·전달 특성은 컴퓨팅에서 매우 유용하게 쓰일 수 있다”며 “이번 연구 의미는 기존에 버려지던 열을 컴퓨팅에 활용할 수 있다는 개념을 최초로 제안한 데 있다”고 말했다.
또 “열 컴퓨팅 기술은 뉴런과 같은 복잡한 신경계 신호도 구현할 수 있으며, 고차원 최적화 문제를 기존 반도체 기술 바탕으로 해결할 수 있어 양자 컴퓨팅의 현실적인 대안이 될 수 있다”며 “이번 연구는 미국 샌디아 국립 연구소와의 공동 연구로도 검증된 결과”라고 강조했다.
이번 연구는 KAIST 신소재공학과의 김광민 박사과정, 인재현 박사, 이영현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여했으며 네이처 머티리얼즈 18일자에 게재됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단, 나노종합기술원, KAIST 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
