【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 전자전기공학과‧반도체공학과 정윤영 교수, 신소재공학과‧반도체공학과 김세영 교수, 전자전기공학과 통합과정 박성민 씨 연구팀이 현재 OLED 디스플레이에서 널리 사용되는 IGZO 반도체 물질을 이용, 성능과 전력 효율 측면에서 매우 뛰어난 고성능 인공지능 반도체 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

▲ 정윤영 교수, 김세영 교수, 박성민 씨   © 포스텍

POSTECH에 따르면 챗GPT와 같은 인공지능 연산이 효율적으로 이루어지려면 정보 저장을 담당하는 메모리 내에서 연산도 이루어져야 하지만, 기존에 연구되어 온 인공지능 반도체 기술은 인공지능의 정확도를 올리는데 필요한 모든 요구조건을 만족시키는데 한계가 있었다. 

이에 정윤영‧김세영 교수 공동연구팀은 인공지능 연산에 필요한 균일성, 내구성, 연산 정확도 뿐만 아니라, 상용화를 고려하여 양산성까지 뛰어난 소재를 모색, IGZO 물질을 활용키로 했다.

이 소재는 인듐, 갈륨, 아연, 산소의 4가지 원자가 일정한 비율로 구성되어 있는 화합물로, 전자 이동도와 누설전류 특성이 우수해 현재 OLED 디스플레이에서 널리 이용되고 있는 물질이다.

연구팀은 이 소재를 이용해 두 개의 트랜지스터가 연결된 새로운 구조의 시냅스 소자를 개발했다. 이 두 개 트랜지스터는 저장 노드(node)를 통해 연결되어 있고, 이 저장 노드의 충‧방전 속도를 정밀하게 조절함으로써 인공지능 반도체에 요구되는 다양한 성능 지표들을 높은 수준으로 충족시켰다.

또한, 거대 인공지능 시스템에 활용하기 위해서는 시냅스 소자의 출력 전류가 작게 조절되어야 하는데, 초박막절연체를 트랜지스터 내부에 도입해 전류를 제어함으로써 대규모 인공지능 연산에 활용할 수 있다는 가능성도 확인했다.

연구팀은 개발된 신소자를 이용해 손글씨 데이터를 학습시킨 후 분류한 결과 98% 이상의 높은 정확도를 확인하여, 향후 고성능 인공지능 시스템에 응용될 수 있음을 검증했다.

POSTECH 정윤영 교수는 “지금까지 소재 개발에 집중해온 기존 인공지능 반도체 연구 한계를 극복하면서, 이미 양산성이 검증된 소재를 활용했다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “특히 우리나라는 이 IGZO 소재 활용에서 세계 최고의 경쟁력을 가지고 있는 만큼, 향후 우리나라가 인공지능 반도체 분야의 주도권을 확보하는데 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 지난 주 전자 소자 분야 권위지인 ‘어드밴스드 일렉트로닉 머터리얼스(Advanced Electronic Materials)’ 뒷표지논문(inside back cover)으로 발표된 이 성과는 차세대 지능형 반도체 기술개발 사업의 지원으로 수행됐다.

<구글번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 POSTECH joint research team develops new high-performance artificial intelligence semiconductor device using IGZO material -

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Moo-Hwan Kim) is a research team led by Professor Yoon-Young Jung of the Department of Electrical Engineering/Semiconductor Engineering, Professor Se-Young Kim of the Department of Materials Science and Engineering/Semiconductor Engineering, and Seong-Min Park of the Department of Electronic and Electrical Engineering, using IGZO semiconductor materials, which are widely used in OLED displays. announced on the 15th that it has developed a high-performance artificial intelligence semiconductor device that is very excellent in terms of energy and power efficiency.

According to POSTECH, in order for artificial intelligence calculations such as ChatGPT to be performed efficiently, calculations must also be performed within the memory responsible for storing information. There were limits to what it could do.

Accordingly, the joint research team of Professors Yoon-Young Jung and Se-Young Kim decided to utilize IGZO materials by seeking a material with excellent mass production in consideration of commercialization as well as uniformity, durability, and calculation accuracy required for artificial intelligence calculation.

This material is a compound composed of four atoms of indium, gallium, zinc, and oxygen in a constant ratio, and is widely used in OLED displays due to its excellent electron mobility and leakage current characteristics.

The research team used this material to develop a synaptic device with a new structure in which two transistors are connected. These two transistors are connected through a storage node, and by precisely adjusting the charge/discharge speed of this storage node, various performance indicators required for artificial intelligence semiconductors are met to a high level.

In addition, the output current of the synaptic device must be controlled to be small in order to be used in a large artificial intelligence system. By introducing an ultra-thin insulator into the transistor to control the current, it was confirmed that it can be used for large-scale artificial intelligence calculations.

The research team used the developed new device to learn handwriting data and classify it, confirming a high accuracy of over 98%, proving that it can be applied to high-performance artificial intelligence systems in the future.

POSTECH Professor Yoon-Young Jung said, “It is of great significance in that it has overcome the limitations of existing artificial intelligence semiconductor research that has been focused on material development so far, and uses materials that have already been verified for mass production.” As it has the best competitiveness, we expect that it will be of great help in securing leadership in the artificial intelligence semiconductor field in the future.”

Meanwhile, this achievement, which was announced last week as an inside back cover of Advanced Electronic Materials, an authoritative journal in the field of electronic devices, was carried out with the support of the next-generation intelligent semiconductor technology development project.