반도체 소자에서 발생한 '열', 컴퓨팅에 쓸 방법 찾았다

[이데일리 강민구 기자] 기존 반도체 소자에서 열 발생은 피하기 어려웠다. 열이 발생하면 에너지 소모량이 늘고, 반도체의 정상적인 동작을 방해하기 때문에 이를 최소화해야 했다. 국내 연구진이 이러한 열을 컴퓨팅에 활용할 방법을 제시했다.

김경민 KAIST 신소재공학과 교수.(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 김경민 신소재공학과 교수 연구팀이 산화물 반도체의 열·전기 상호작용에 기반한 열 컴퓨팅 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 전기·열 상호작용이 강한 모트 전이 반도체를 활용하고, 이 반도체 소자에 열 저장과 열전달 기능을 최적화해 열을 이용하는 컴퓨팅을 구현했다. 이렇게 개발된 열 컴퓨팅 기술은 기존 CPU, GPU와 같은 디지털 프로세서보다 백만분의 1 수준의 에너지만으로 경로 찾기와 같은 최적화 문제를 풀어냈다.

특히 낮은 열전도도와 높은 비열을 가지고 있는 폴리이미드 기판 상에 모트 전이 반도체 소자를 제작해 모트 전이 반도체 소자에서 발생한 열이 폴리이미드 기판에 저장되도록 했다.

저장된 열은 일정 시간 동안 유지되며 시간적 정보 역할을 했다. 열은 공간적으로도 이웃 소자로 전파돼 공간 정보 역할을 했다.

김경민 교수는 “전기 신호만 사용하던 컴퓨팅 기술은 한계에 이르렀으며, 열은 저장·전달 특성이 있어 이를 활용하면 컴퓨팅에서 유용하게 쓸 수 있다”며 “기존에 버려지던 열을 컴퓨팅에 활용할 수 있다는 개념을 제안했다는데 의미가 있다”고 말했다.

연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’에 지난 18일자로 게재됐다.

모트 전이 소자 간 시공간적 열전달과 이를 이용하는 그래프 최적화 문제 해결 과정.(자료=KAIST)