UNIST, 저전력으로 데이터 저장 가능한 M램 개발…미래 AI 반도체에 기여

울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 차세대 메모리인 M램(Magnetic Random Access Memory)에서 발생하는 전력 소모와 발열 문제를 크게 개선할 수 있는 새로운 기술을 개발했습니다. 이번 연구는 저전력으로 데이터를 저장할 수 있어, 앞으로 빠르게 성장하는 인공지능(AI) 반도체 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.

M램이란?
M램은 낸드플래시와 D램이라는 기존 메모리 반도체의 장점을 모두 갖춘 메모리입니다. 보통 D램은 속도가 매우 빠르지만, 전원을 끄면 저장된 정보가 사라지는 특성이 있어요. 반면 낸드플래시는 속도는 느리지만, 전원을 꺼도 데이터가 유지되는 '비휘발성'의 장점이 있죠. M램은 이 두 가지 장점을 결합하여 빠른 속도와 비휘발성을 동시에 가지는 차세대 메모리로 주목받고 있습니다. 하지만, 기존의 M램은 데이터를 저장할 때 높은 전류가 필요하고, 이로 인해 전력 소모와 발열이 발생하는 문제가 있었습니다.

이번 연구가 중요한 이유
UNIST의 유정우 교수 연구팀은 자성절연체(YIG), 그래핀, 강유전체(PVDF-TrFe)라는 세 가지 소재를 활용해 기존 M램의 한계를 뛰어넘는 새로운 소자 구조를 설계했습니다. 특히 자성절연체는 자성을 가지면서도 전기가 통하지 않는 특성이 있고, 강유전체는 외부 전기장이 없어도 일정한 전기적 극성을 유지하는 특징이 있어요. 연구팀은 YIG라는 자성절연체 박막 위에 전기가 잘 통하는 그래핀을 놓고, 그 위에 강유전체인 PVDF-TrFe 박막을 얹어 새로운 구조를 만들었습니다.

어떻게 작동하나요?
새로운 M램 구조에서는 전류가 아니라 전압 펄스를 이용해 데이터를 저장합니다. 전압 펄스를 가하면 강유전체의 극성이 바뀌면서 그래핀에 흐르는 전류 방향도 바뀌고, 이 전류 방향의 변화로 인해 0과 1의 데이터를 기록할 수 있습니다. 이렇게 전류 대신 전압을 이용한 방법 덕분에 높은 전류를 흘릴 필요가 없어 전력 소모와 발열 문제를 크게 줄일 수 있게 되었어요.

이 기술의 의의와 전망
이번 연구 성과는 기존 자성 메모리가 가지고 있던 전력 소모와 발열 문제를 해결하고, 메모리 소자의 효율성을 높였다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 특히 인공지능(AI) 기술이 점점 더 고도화되면서 AI 반도체가 빠르고 효율적인 데이터 처리를 위해 초저전력, 초고속 메모리 기능이 필요해지고 있는데요, UNIST 연구팀이 개발한 이 신개념 메모리 소자는 그러한 요구를 충족할 수 있는 가능성을 제시하고 있습니다.

또한 이번 연구는 앞으로 AI 반도체에 필요한 고집적, 고효율, 저전력 메모리 소자 기술의 발전에도 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다. 새로운 M램 기술이 실제로 상용화된다면, 앞으로 우리가 사용하는 스마트폰, 컴퓨터, 그리고 다양한 AI 기기들이 더 빠르고 에너지 효율적인 방식으로 데이터를 처리할 수 있게 될 것입니다.