강유전체 소자·어레이 공정·전하 공유 기반 측정 시스템의 독보적 우수성 입증
동국대·인하대·서울과기대 컨소시엄, ‘소자-회로-시스템’ 수직 통합 검증 수행
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왼쪽부터 동국대 전자전기공학부 김성준교수, 인하대학교 정보통신공학과 서영교교수, 서울과학기술대학교 전기정보공학과 심원보교수. |
[대학저널 이선용 기자] 동국대학교는 전자전기공학부 김성준 교수 연구팀이 과학기술정보통신부가 주관하는 「2026년도 PIM인공지능반도체핵심기술개발(소자)사업」 내 ‘신개념 PIM 기초’ 신규과제 주관기관으로 최종 선정됐다고 15일 밝혔다.
이번 사업은 대규모 언어 모델(LLM)의 폭발적 성장에 따른 메모리 병목 현상을 해결하기 위한 국가 전략 사업으로, 기존 폰 노이만 구조의 한계를 뛰어넘는 신재료 기반의 신개념 PIM 기초기술 확보를 목표로 한다.
이번 과제에는 주관기관인 동국대학교 김성준 교수팀을 필두로 인하대학교 서영교 교수팀과 서울과학기술대학교 심원보 교수팀이 공동연구개발기관으로 참여한다.
각 연구팀은 ▲차세대 신소자 및 어레이 집적(동국대) ▲PIM 회로 설계 및 시스템 실증(인하대) ▲PIM 아키텍처 및 통합 시뮬레이터 개발(서울과기대)을 담당하여 ‘소자-회로-시스템’을 아우르는 전 주기적 통합 검증 체계를 구축한다.
연구책임자인 김성준 교수는 삼성전자 반도체연구소 출신의 메모리 공정 전문가로, Advanced Materials, ACS Nano 등 유명 저널에 다수의 교신저자 논문을 게재하는 등 해당 분야의 탁월한 연구 역량을 보유하고 있다.
김성준 교수팀이 주관하는 과제는 ‘LLM 가속을 위한 터너리(Ternary) 기반 3T IGZO-FeFET PIM 어레이 소자 제작 및 연산 검증’이다. 연구팀은 2026년부터 2028년까지 약 3년간 정부 지원을 받아 산화물 반도체(IGZO)와 강유전체(FeFET)를 결합한 혁신적인 비휘발성 PIM 소자 기술을 개발할 예정이다.
연구팀은 하프늄 기반 강유전체(HZO)를 활용한 정밀한 다중 상태 제어 기술을 통해 삼진법 연산의 안정성을 확보했으며, BEOL 호환 공정을 바탕으로 한 3차원 수직 적층 어레이 구현 능력을 입증했다. 또한, 세계 최초로 도입한 ‘전하 공유(Charge Sharing)’ 기반 측정 시스템은 실제 하드웨어 PIM의 연산 정확도를 비약적으로 향상시킬 수 있는 핵심 기술로 평가받는다.
김성준 교수는 “이번 과제 선정은 우리 연구실이 보유한 강유전체 소자 및 어레이 공정 기술과 측정 시스템의 세계적 우수성을 인정받은 결과”라며 “독자적인 IGZO-FeFET 기반 PIM 기술은 LLM 추론의 에너지 효율을 극대화하여 대한민국이 차세대 비휘발성 PIM 반도체 시장의 주도권을 선점하는 데 핵심적인 기여를 할 것”이라고 밝혔다.
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