강력한 메모리 재구성성을 가진 새로운 분자 멤리스터

사진출처: NUS

 

멤리스터(Memristor)란 메모리(Memory)와 저항(Resistor)의 합성어로 저항, 인덕터, 커패시터와 함께 대표적인 수동소자다. 멤리스터는 얼마나 많은 양의 전류가 통과했는지를 기억할 수 있다. 이때 전류의 흐름과 시간의 변화에 따라 저항의 강도가 바뀐다. 이러한 멤리스터는 다양한 값의 디지털 신호를 낼 수 있어서 적은 에너지 소모와 빠른 속도의 비휘발성 메모리 반도체를 제작하는데 사용될 수 있다. 우리 뇌 속에 있는 시냅스가 멤리스터와 유사한 특성을 지닌 것으로 알려져 있다.

 

본 연구에서는 분자의 산화/환원 반응을 통해 고정된 표준 회로와 달리 전압을 사용하여 다양한 계산 작업을 위해 재구성할 수 있는, 새로운 형태의 분자 멤리스터를 개발했다. 연구진은 ligands라는 유기 분자에 결합된 중심 금속 원자를 가진 phenyl azo pyridines 계열의 분자 체계를 설계했다. 이러한 분자 체계의 상태 간 상호 연결성이 장치를 재구성할 수 있는 핵심이다. 덕분에 하나의 고정 전압에서만 ON/OFF하는 기존의 MOS 멤리스터와 달리, 본 멤리스터는 여러 개의 개별 순차적 전압에서 ON/OFF 상태 사이를 전환할 수 있다. 또한 개별 분자 메모리 장치는 수천 개의 트랜지스터와 동일한 계산 기능을 수행할 수 있다. 종합적으로 이는 computation steps, device count, operating energy을 줄임으로써 in-memory computing의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

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연구진은 새롭게 개발된 분자 멤리스터가 financial decision making부터 bioinformatics에 이르기까지 방대한 분야에서 활용될 수 있다고 전망했다. 특히 제한적이고 가변적이며 간헐적인 전원 환경을 지녔음에도 준수한 계산력이 요구되는 상황에서 본 멤리스터가 활약을 할 것으로 주장했다.

 

연구진의 주장처럼, 본 멤리스터는 컴퓨팅 파워와 속도를 향상시킬 수 있는 에너지 효율적인 신기술이다. 때문에 제한된 전력 환경 하에 놓인 엣지 컴퓨팅 등에 있어 그 활약이 기대된다. 특히나 멤리스터를 활용한 뉴로모픽 칩 연구가 활발히 진행되는 가운데, 본 멤리스터가 여기에 기여할 수 있을 것이라 생각된다. 결과적으로 저전력, 고집적의 뉴로모픽 시스템이 탄생하고 이 위에서 인공지능을 활용한다면, 클라우드 컴퓨팅에 있어 한층 진화한 데이터 센터, 엣지 컴퓨팅 기반의 IoT 및 자율주행 등에 있어서도 큰 활약을 할 수 있을 것이라 생각된다.

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Decision trees within a molecular memristor

Nature
10.1038/s41586-021-03748-0
1 Sep 2021

인간 뇌에서 영감 받은 분자 메모리 장치 개발

 

 

 

 

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