초록 ▼

□ 연구개요
● 연구의 최종목표
▸ 단일 셀에서 단기기억 메모리 물질개발 및 입력 펄스 인풋을 최적화 후 프로토타입 메모리에 대해 64 × 64 교차형 멤리스터 어레이를 제작과 뉴럴네트워크 모델개발을 통해 축적 컴퓨팅 구현함.
● 세부 연구목표
▸ 단기기억 메모리 물질개발 및 최적화: 메모리 셀 간 산포 및 사이클 별 산포 (< 10%), 컨덕턴스 감쇄 시상수가 조정 가능한 물리적 특성 연관 인자 및 저항성 메모리 스위칭 메커니즘 모델링 진행, 교차형 어레이 구현을 위한 자생 셀렉터 기능(selectivity>

□ 연구개요
● 연구의 최종목표
▸ 단일 셀에서 단기기억 메모리 물질개발 및 입력 펄스 인풋을 최적화 후 프로토타입 메모리에 대해 64 × 64 교차형 멤리스터 어레이를 제작과 뉴럴네트워크 모델개발을 통해 축적 컴퓨팅 구현함.
● 세부 연구목표
▸ 단기기억 메모리 물질개발 및 최적화: 메모리 셀 간 산포 및 사이클 별 산포 (< 10%), 컨덕턴스 감쇄 시상수가 조정 가능한 물리적 특성 연관 인자 및 저항성 메모리 스위칭 메커니즘 모델링 진행, 교차형 어레이 구현을 위한 자생 셀렉터 기능(selectivity>1000)을 가진 멤리스터 스택 개발, 펄스 width (< 500 ns), 동작 전압 (< 1.5 V), 동작전류 (< 50 μA)
▸ 64 × 64 어레이 제작: 메모리 수율 (> 90%), Cycle-to-cycle and cell-to-cell variation (< 15%)
▸ 제안된 2층의 교차형 멤리스터 어레이 기반 축적 컴퓨팅의 성능 테스트: MNIST handwritten digits의 패턴 인식률을 평가할 수 있는 시뮬레이션 모델개발 (인식률 > 90%)

□ 연구 목표대비 연구결과
세부 연구목표/최초 연구목표
축적컴퓨팅 (reservoir computing, RC) 시스템에 적합한 단기기억 메모리 물질 개발 및 특성 최적화
연구내용 및 결과
다양한 저항 변화 물질 (oxide, nitride, 2D materials, CBRAM, FTJ 등)을 사용하여 제작한 멤리스터 소자에 대해 decay time을 고려한 RC 시스템에 적합한 멤리스터 소자 개발 및 최적화 (달성도: 100%)
세부 연구목표/최초 연구목표
제작한 어레이 소자의 수율 및 산포 검증, MLC 구현
연구내용 및 결과
메모리 수율 > 90%, 3-bit 저항값의 variation < 15% 모두 달성 (달성도: 100%)
세부 연구목표/최초 연구목표
RC 시스템 성능 평가 모델 개발
연구내용 및 결과
멤리스터 소자를 reservoir 층으로 사용한 RC 시스템의 성능 평가 테스트를 진행함. MNIST handwritten digits 이미지의 인식률 90% 이상 (특허출원) (달성도: 100%)

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 연구개발과제의 활용방안
본 연구에서는 다양한 저항변화 물질 중에서 축적시스템에 최적화된 물질을 탐색하고 교차형 어레이 공정과 뉴럴네트워크 시뮬레이션을 통해 축적컴퓨팅 구현이 이루어질 것이다. 멤리스터의 일시적 정보처리 방식(휘발성 특성)을 이용한 축적컴퓨팅시스템은 기존 하드웨어 (멤리스터) 기반 뉴로모픽시스템 보다 낮은 비용의 학습 비용으로 빠른 정보처리가 가능한 장점을 가진다. 또한 축적형컴퓨팅의 경우 패턴인식 및 분류뿐만 아니라 시계열 데이터 분석에도 활용이 가능하다.
2) 연구개발과제의 기대효과
축적형컴퓨팅 시스템을 구현하기 위해서는 멤리스터의 단기기억메모리의 특성의 최적화 과정 및 어레이공정, 측정 scheme 제시는 향후 인공지능 반도체 시대의 멤리스터 기술을 활용한 새로운 어플리케이션에 중요한 기초기술이 될 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) RC 시스템 구현을 위한 단기기억 메모리 특성 최적화 ... 4
• (2) 단기기억 메모리 특성을 이용한 기타 응용 ... 8
• (3) 64 × 64 교차형 어레이 소자 제작 및 뉴로모픽 특성 구현 ... 9
• (4) 축적컴퓨팅 성능 평가 모델 개발 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 연구개발 과정의 성실성 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 35