“미래 반도체, 저비용·고효율이 핵심…산·학·연 원스톱 협력체제 구축해야”

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■ 미래 게임체인저 경쟁, 갈길 먼 한국

김형준 KIST 반도체 연구소장

“산·학·연의 원스톱 소통 구조가 절실합니다. 삼성전자 같은 기업의 연구, 카이스트 등 대학의 연구, 출연연구소의 연구가 삼위일체가 돼야 선택과 집중의 시너지가 가능합니다.”

김형준(사진) 한국과학기술원(KIST) 차세대 반도체 연구소장은 “미래 반도체는 저비용(전력)·고효율을 동시에 만족하는 전혀 새로운 차원의 동작 원리에 따른 혁신 기술로만 구현이 가능하다”며 이같이 강조했다. KIST는 보고 듣고 냄새를 맡는 인간의 감각과 유사한 기능을 동시에 수행할 수 있는 멀티모달 에지 컴퓨팅 기술을 연구 중이다. 또 양자 역학에 기반을 둔 스핀융합, 지금의 초전도형·이온덫형 양자컴퓨터와 다른 구조의 다이아몬드 양자정보 기술도 개발하고 있다. 폰 노이만 구조로 불리는 현대 컴퓨터(반도체)의 한계에 봉착했기 때문이다.

과거 입자물리학·천문학 연구에 필요한 길고 복잡하면서도 반복적인 계산은 식을 따라 차례로 연산하는 폰 노이만 구조 반도체로 충분했다. 이제 4차 산업혁명으로 상황이 달라졌다. 자율주행차, 사물인터넷(IoT), 지능형 정보처리가 요구되면서 뇌와 같은 빠른 병렬 처리가 필수로 떠올랐다. 차세대 반도체는 복잡한 행렬 곱셈 연산을 내부에서 자체 처리하는 인공지능(AI) 반도체, 메모리와 프로세서를 1개 칩으로 합친 PIM(Processing In Memory) 반도체나 SoC(시스템 온 칩), 메모리와 트랜지스터를 통합한 멤트랜지스터 등으로 나뉜다. 신소재, 새 동작원리에 입각한 반도체도 개척분야다. 신경세포(뉴런)의 구조와 작동 방식을 모방한 뉴로모픽 칩, 전자의 특정 방향 운동량 ‘스핀’을 정보 단위로 쓰려는 스핀트로닉스, 양자 현상을 활용한 양자 칩 등이 그것이다.

노성열 기자 nosr@munhwa.com