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KAIST 연구팀 “양자 컴퓨팅의 현실적 대안”반도체 소자에서 열 발생은 피할 수 없다.에너지 소모량을 증가시킨다.반도체의 정상적 동작을 방해한다.열 발생을 최소화하는 게 기존 반도체 기술의 관건이었다.
한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 이렇게 애물단지로 여겨지던 열을 오히려 컴퓨팅에 활용하는 방법을 제시해 눈길을 끈다.
KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 산화물 반도체의 열-전기 상호작용에 기반하는 열 컴퓨팅(Thermal computing) 기술 개발에 성공했다고 25일 발표했다. 모트 전이 소자는 전압,기판 온도,모트 전이 소자 온도의 3차 열-전기적 스위칭 역학을 기반으로 한다.이를 통해 복잡한 생체 모방 뉴런 거동,주파수 기반 통각 수용체,다양한 정보의 시공간적 전달이 가능하다.[사진=KAIST] 
1. fc 자르브뤼켄 대 fc 바이에른 뮌헨 타임라인기판 온도,모트 전이 소자 온도의 3차 열-전기적 스위칭 역학을 기반으로 한다.이를 통해 복잡한 생체 모방 뉴런 거동,주파수 기반 통각 수용체,1. fc 자르브뤼켄 대 fc 바이에른 뮌헨 타임라인다양한 정보의 시공간적 전달이 가능하다." style="display: block; margin: 0 auto;">
연구팀은 전기-열 상호작용이 강한 모트 전이(Mott transition) 반도체를 활용했다.모트 전이 반도체는 온도에 따라 전기적 특성이 부도체에서 도체로 변하는 전기-열 상호작용이 강한 반도체 소자를 일컫는다.반도체 소자에 열 저장과 열전달 기능을 최적화해 열을 이용하는 컴퓨팅을 구현했다.
이렇게 개발된 열 컴퓨팅 기술은 기존의 CPU,GPU와 같은 디지털 프로세서보다 100만분의 1 수준의 에너지만으로 경로 찾기 등과 같은 복잡한 최적화 문제를 풀 수 있었다.
이번 연구에서는 낮은 열전도도와 높은 비열을 가지고 있는 폴리이미드(우수한 기계적 강도,유연성,1. fc 자르브뤼켄 대 fc 바이에른 뮌헨 타임라인내열성을 가진 폴리머 소재) 기판 상에 모트 전이 반도체 소자를 제작해 모트 전이 반도체 소자에서 발생한 열이 폴리이미드 기판에 저장이 될 수 있도록 했다.
저장된 열은 일정 시간 동안 유지되며 시간적 정보 역할을 했다.이 열은 공간적으로도 이웃 소자로 전파된다.이는 공간적 정보 역할을 했다.이처럼 열 정보를 시공간적으로 활용할 수 있었고 이를 활용해 컴퓨팅을 수행할 수 있었다.
김경민 교수는 “단순히 전기 신호만 사용하던 컴퓨팅 기술은 이제 한계에 이르렀으며 열은 저장할 수 있고,1. fc 자르브뤼켄 대 fc 바이에른 뮌헨 타임라인전달할 수 있는 특성이 있어 이를 잘 활용할 수만 있다면 컴퓨팅에서 매우 유용하게 쓰일 수 있다”며 “이번 연구의 의미는 기존에 버려지던 열을 컴퓨팅에 활용할 수 있다는 개념을 최초로 제안한 데 있다”고 강조했다.
이어 “열 컴퓨팅 기술을 활용하면 뉴런과 같은 신경계의 복잡한 신호도 매우 간단히 구현할 수 있으며,또한 고차원의 최적화 문제를 기존의 반도체 기술을 바탕으로 효과적으로 해결할 수 있어 양자 컴퓨팅의 현실적 대안이 될 수 있다”고 기술의 장점을 설명했다.
이어 ”이번 연구는 미국의 샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratory)와 공동 연구로 검증된 결과”라고 덧붙였다.
이번 연구는 KAIST 신소재공학과 김광민 박사과정,인재현 박사,1. fc 자르브뤼켄 대 fc 바이에른 뮌헨 타임라인이영현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여했다.연구 결과(논문명 : Mott Neurons with Dual Thermal Dynamics for Spatiotemporal Computing)는 재료 분야 국제 학술지 `네이처 머티리얼즈(Nature Materials)' 6월 18일 자에 실렸다.
