초록 ▼

□ 연구개요
본 과제의 최종 목표는 Convolutional Neural Network (CNN) 병렬 연산 가속을 위한 모놀리식 3차원 다층집적 하드웨어 플랫폼을 구현하는 것이다. 인공지능 연산의 핵심인 메모리 어레이를 기존 2차원이 아닌 3차원 집적 시냅스 어레이를 이용한 고집적, 저전력, 저지연, 고 연산효율 대량병렬 컴퓨팅 플랫폼 기술을 연구하고자 한다. 1차년도에는 모놀리식 3차원 집적을 위한 고신뢰성 저온증착 1T1C 시냅스 셀 기술을 연구하고, 2차년도에는 시냅스 다층집적 어레이 구현 시 수소 확산 방지 소자 및

□ 연구개요
본 과제의 최종 목표는 Convolutional Neural Network (CNN) 병렬 연산 가속을 위한 모놀리식 3차원 다층집적 하드웨어 플랫폼을 구현하는 것이다. 인공지능 연산의 핵심인 메모리 어레이를 기존 2차원이 아닌 3차원 집적 시냅스 어레이를 이용한 고집적, 저전력, 저지연, 고 연산효율 대량병렬 컴퓨팅 플랫폼 기술을 연구하고자 한다. 1차년도에는 모놀리식 3차원 집적을 위한 고신뢰성 저온증착 1T1C 시냅스 셀 기술을 연구하고, 2차년도에는 시냅스 다층집적 어레이 구현 시 수소 확산 방지 소자 및 셀 구조를 제작해서, 3차년도에는 전하저장형 시냅스 소자로 고 정확도 신경망 학습의 가능성을 확인하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구 최종 목표는 CNN 병렬 연산 가속을 위한 모놀리식 3차원 다층집적 하드웨어 플랫폼 구현임.
- 1차년도에는 IGZO 증착 조건 및 gate insulator로 사용한 PECVD SiO₂ 증착 조건 및 신뢰성을 확인하였으며 기존 계획인 1T1R 구조에서 동작 신뢰도가 더 높은 1T1C 구조로 변경하기 위한 High-K GI 도입으로 인한 High-k 물질 타당성을 확인하였음.
- 2차년도에는 다층 집적 시 발생할 수 있는 하부 tier의 수소 확산 방지를 위한 double-stacked GI 구조 개발 및 낮은 누설 전류 특성이 있는 MIM capacitor를 개발하였음.
- 3차년도에는 3D 집적 전 하부 tier의 안정적인 소자 동작을 위해 채널 층 상하부 insulator 최적화를 통해 우수한 신뢰성을 가지는 IGZO TFT를 개발하였으며 낮은 누설 전류를 가지는 MIM capacitor 집적을 통해 기존 2단자 시냅스 셀에서 채택하고 있는 ReRAM, PCM과 비교하여 많은 가중치 증가/감소 state 및 우수한 선형성을 가지는 시냅스 셀을 개발함.
상부 티어의 집적은 구현하지 못했으나, ReRAM, PCM 등 기존에 개발된 시냅스 셀과 비교하여 우수한 시냅스 특성을 보이는 4T1C 시냅스 셀 개발을 달성하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
CNN 훈련과 추론에 요구되는 연산량에 의해 활용이 제한되고 있었던 기존 하드웨어를 3D-CNN 플랫폼의 연산 효율화를 통해 하드웨어의 면적 효율, 에너지 효율, 시스템 성능을 혁신적으로 개선할 수 있음.
본 연구 개발 성과는 산화물 반도체 메모리 3D 집적을 위한 상하부 tier 간 수소 확산 방지, high-K 절연체 개발, MIM capacitance 누설전류 저감, 소자 신뢰성 확보 등 고려 사항을 도출한 데 의의가 있음.
CNN의 훈련 및 추론 시간을 단축하고 에너지 효율을 높여서, 인식·분류·판단이 가능한 문제의 복잡성과 범위를 확장해 자율주행 자동차, 무인 지능형 의료로봇, 자연재해 모니터링 및 예측 시스템 등에 유용하게 활용될 것으로 기대.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 목적, 필요성 및 범위 ... 4
• 2) 연구의 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 31