“과학기술정보통신부와 산업통상자원부가 공동으로 진행하는 차세대 지능형 반도체 사업은 기존 반도체의 한계를 극복하고, 초저전력 및 고성능을 갖춘 신소자 개발을 목표로 연구진들은 지난 5년간 핵심 요소 기술 발굴에 집중해왔으며, 올해부터는 주요 후보 기술의 고도화를 추진하고 있다”

이석희 차세대지능형반도체사업단 소자팀 팀장은 지난 19일 엘타워에서 개최된 ‘2025 뉴로모픽반도체 워크샵’에서 ‘2025 차세대지능형반도체기술개발사업 소자분야 수행현황’을 발표했다.

이석희 팀장은 차세대 반도체 연구는 신소자 원천 기술 개발, 직접 검증 기술, 신개념 기초 기술 개발의 세 가지 방향으로 진행되고 있다며 특히 정보 밀도 개선, 스마트 배선, 미세 전류 제어, 3차원 집적, 두뇌 모사 등 6대 분야에 대한 연구가 집중적으로 이뤄지고 있다고 밝혔다.

정부는 초기 3~4년간 직접 검증 기술 개발을 통해 수직형 집적화 및 3D 집적화 플랫폼 구현에 지원을 아끼지 않았고, 창의적인 연구가 이루어질 수 있도록 신개념 소재 기술 개발을 자유 공모 방식으로 추진하고 있다고 전했다.

두뇌 모사 분야는 현재 17개 과제에 총 483억원이 투자되고 있으며, 차세대 메모리 원천 기술 확보 및 초저전력 소자 개발에 박차를 가하고 있다며 연구진들은 신소자가 기존 CMOS를 완전히 대체하기보다는 융합을 통해 새로운 아키텍처를 구현하는 방향으로 나아가고 있다고 밝혔다.

특히, 국내 연구진들은 신소자 기반 인공지능 프로세서 개발에 집중하고 있다. 신소자로 대체 가능한 아키텍처를 구축하고 차세대 메모리 기술을 확보하는 것이 주요 목표다. 2022년까지 1단계 연구가 진행되었으며, 현재는 2단계 연구가 추진 중이다.

최근 NFC 기반 서비스 플랫폼 구축과 RSA를 통한 소자 모델링 기술 고도화가 진행됐으며, 최종 목표는 1mW급 아날로그 프로세서 구현이다.

연구진들은 신소자 최적화 및 모델링 기술 고도화를 통해 성능을 개선해 나갈 예정이다.

국내 연구진들은 다양한 신소자 개발을 통해 세계 최고 수준의 성능을 확보하는 것을 목표로 삼고 있다.

강유전체, 저항성 소자, 좌석 동체 등 다양한 기술을 연구하며, 기존 CMOS 기반 인공지능 프로세서와의 융합을 추진하고 있다.

또한 최근 연구진들은 뉴로모픽 칩을 개발하여 손해 보상을 통한 자율주행 시뮬레이션을 시연한 바 있다.

연구소 및 대학 단위에서는 4K급 어레이를 구현하며 고집적 신소자 기술을 개발해 나가고 있다.

이석희 팀장은 “연구진들은 2029년까지 프로토타입을 구현하여 1 테라플롭스의 연산 성능을 갖춘 차세대 반도체 기술을 완성하는 것이 목표”라며 “이를 위해 원천 기술 확보, 코어 설계, 플랫폼 구축 등이 진행될 예정”이라고 밝혔다.

또한 “NNFC 기반 공공 인프라 구축을 통해 연구자들이 웨이퍼 레벨에서 신소자를 직접 설계할 수 있는 환경을 마련하고 있으며, DDI 탭을 통해 성능 검증 및 활용 가능성을 넓혀가고 있다”고 전했다.