초록 ▼

연구개요
기존의 컴퓨팅의 한계를 극복하기 위해 인공두뇌를 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 뇌의 생물학적 구성요소인 뉴런과 시냅스를 전자소자로 제작하여 회로를 구성하려는 뉴로모픽 칩 개발이 그 핵심에 있다.
본 연구에서는 뉴런 간의 신호를 전달하는 시냅스를 멤리스터를 이용해 구현하기 위해 새로운 물질과 구조로 구현한다. 산화물을 배제한 알루미늄과 카본만으로 이루어진 섬유형 저항 변화 소자를 이용해 인간의 두뇌 연산 방법에 근접한 새로운 가상 신경망 시스템을 손쉽게 검증한다. 또한 평면구조를 벗어나 섬유형 소재의

연구개요
기존의 컴퓨팅의 한계를 극복하기 위해 인공두뇌를 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 뇌의 생물학적 구성요소인 뉴런과 시냅스를 전자소자로 제작하여 회로를 구성하려는 뉴로모픽 칩 개발이 그 핵심에 있다.
본 연구에서는 뉴런 간의 신호를 전달하는 시냅스를 멤리스터를 이용해 구현하기 위해 새로운 물질과 구조로 구현한다. 산화물을 배제한 알루미늄과 카본만으로 이루어진 섬유형 저항 변화 소자를 이용해 인간의 두뇌 연산 방법에 근접한 새로운 가상 신경망 시스템을 손쉽게 검증한다. 또한 평면구조를 벗어나 섬유형 소재의 특성을 활용한 새로운 소자 구조를 이용해 3차원 배열을 제작하여 인공두뇌 구조를 탐색하기 위한 기반 연구를 수행한다.

연구 목표대비 연구결과
인공 신경망 구현 시스템 검증을 위한 Al-C 접합 섬유형 멤리스터 소자를 제작하기 위해 다음과 같은 연구 목표를 세우고 수행했다.
1. 알루미늄-탄소 접랍 저항변화 소자의 시냅스 특성 구현 및 평가 : 기존의 MIM 구조 RRAM를 기반으로, 단순화된 MM 구조 RRAM - 알루미늄 필름을 특수 알루미늄 코팅실로 대체한 MM 접촉 RRAM - 알루미늄 실과 직물에 내장된 carbon fiber 접촉 RRAM 제작에 성공했다. 다양한 test를 통해 RRAM 특성 구현 확인을 수행했다.
2. 가상 회로 검증을 위한 소자의 직렬 및 병렬 연결 구조 개발 및 산출값 비교 : 평면 및 섬유형 멤리스터 소자의 연결을 다양한 구조체로 실험하여 효과적인 연결방법을 개발하고 신뢰성 테스트를 진행했다. 이는 기존의 컴퓨팅의 방식과 다른 defect tolerant 정보 처리 구조를 섬유형으로 만들어 통한 확률적 연산 인공 시냅스를 구현할 수 있는 기반이 된다.
3. 섬유형 멤리스터 기반 다차원 구조체 회로 제작 구현 가능성 탐색 : Carbon fiber와 Al wire로 braided, bundle 구조체를 제작하여 동작 특성 확인 후, 신뢰성 테스트와 endurance 테스트를 진행했다. 다양한 3차원 회로 구조를 3차원 interlaced textile로 구현하여 향후 반도체 공정을 이용한 미세화 구조에 적용될 수 있는 회로의 구현 가능성을 탐색했다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
멤리스터 로직의 새로운 구조체 및 회로는 현재 시뮬레이션 및 사고 실험 수준에 머물러 있는 경우들이 다수이며 이를 구현하기 위한 멤리스터 소자 및 회로제작은 소자 작동 원리가 이해가 충분치 못한 부분과 더불어 반도체 집적회로 공정을 구현할 수있는 시설 및 기술력의 제한을 받고있다. 본 연구의 결과로 도출 가능한 멤리스터 소자 및 연결 구조체의 모델 시스템은 예측에 머물고 있는 다양한 멤리스터 기반 소자 구현에 접근성을 확대할 수 있다. 향후 10 년 이내 세계시장을 선도할 수 있는 고집적 고효율 뉴로모픽 프로세서를 개발하기 위해 단일 뉴런 및 적은 단위의 뉴런 집합체의 기능을 모방할 수 있는 시냅틱 멤리스터의 단위 소자 및 배열구현이 중요하다. 본 연구에서 이뤄낸 결과를 바탕으로 뉴로모픽 칩 개발 시 빅데이터 처리 및 미래 사회의 새로운 영역을 개척할 수 있는 IoT, 로보틱스, 자율주행, 클라우드컴퓨팅, 슈퍼 컴퓨팅, 웨어러블 센서 등의 신기술 효율적으로 구현할 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 참고문헌 ... 16
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 27