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CMOS보다 효율 30배 높은 반도체 소자 나온다

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2018년 12월 04일 18:43 프린트하기

인텔 연구진은 기존 반도체보다 효율이 100배 높은 새로운 반도체 기술을 개발했다는 연구결과를 이달 3일 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. 연구진이 개발한 새로운 반도체는 비스무트 산화철(BiFeO3)에 전기장을 가하면 가운데 있는 철 원자(회색)의 위상이 변해 정보를 저장할 수 있는 구조다. -버클리 캘리포니아대 제공
인텔 연구진은 기존 반도체보다 효율을 30배 이상 높일 수 있는 새로운 반도체 기술을 개발했다는 연구결과를 이달 3일 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. 연구진이 개발한 새로운 반도체는 비스무트 산화철(BiFeO3)에 전기장을 가하면 가운데 있는 철 원자(회색)의 위상이 변해 정보를 저장할 수 있는 구조다. -버클리 캘리포니아대 제공

기존 반도체보다 에너지 효율을 30배 이상 높인 새로운 개념의 반도체가 개발됐다.

 

미국 인텔 연구진은 차세대 메모리 소재로 주목받는 '다강체(多强體)' 재료를 써서 상보형 금속 산화반도체(CMOS) 메모리 소자보다 전력 효율을 최대 30배 높인 소자를 만드는 기술을 개발했다고 이달 3일 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다.


CMOS는 소비하는 전력이 적어 컴퓨터 연산과 제어를 담당하는 마이크로프로세서의 소자로 쓰여 왔다. 최근 이런 소자를 쓰는 컴퓨터가 직면한 가장 큰 과제는 에너지 효율을 높이는 일이다.  인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행차량 기술이 발달하면서 컴퓨터가 쓰는 에너지가 급증하고 있기 때문이다. 지난 11월 한국에서 도입한 슈퍼컴퓨터 5호기 '누리온'만 해도 5.4㎿의 전력을 소모한다. 이는 동시에 2500가구에 전원을 공급할수 있는 전력량이다.

 

연구진은 1966년 처음 그 존재가 알려진 다강체 물질을 주목했다.  다강체는 전기적인 성질과 자기적인 성질이 동시에 강하게 나타나는 물질로,  전기장과 자기장으로 위상을 조절하면 반도체처럼 0과 1의 2진 정보를 저장할 수 있다. 같은 면적에 많은 소자를 넣을 수 있고 에너지 효율이 높아 차세대 메모리를 비롯해 산업적으로 다양하게 활용될 수 있을 것이란 기대가 높다.

 

연구진은 비스무트 산화철(BiFeO3)이라는 다강체 물질을 활용해 위상을 바꿔 정보를 저장하는 장치를 개발했다. 이름을 전자기 스핀 궤도(MESO) 장치라고 지었다. 이 장치는 CMOS와 비교해 같은 면적에서 5배 많은 논리 연산을 수행할 수 있다.

 

연구진은 장치에 들어가는 다강체 필름의 두께를 45㎚까지 줄여 정보를 0에서 1로 바꾸는 데 필요한 전압을 당초 4.5V에서 1V로까지 낮추는데 성공했다. 연구진은 이론적으론 100㎷까지 줄이는 게 가능하며 이는 CMOS에서 쓰는 전압의 10분의 1 수준이라고 밝혔다. 전압이 낮으면 전력 효율이 높아져 효율도 최대 30배 높아진다고 설명했다.

 

사시칸스 마니파트루니 인텔 연구원은 “CMOS의 시대를 넘기 위해 진화적 접근이 아니라 혁명적 접근이 필요하다”며 “MESO는 양자 재료를 컴퓨터에 도입하는 새로운 혁신을 이끌 것”이라고 말했다.

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