컴퓨터 메모리 취약성 해결을 위한 전자부품

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-26

컴퓨터에서 문서 작업을 했을 때 갑자기 없어지거나 깨지는 경험을 해보았을 것이다. 아마도 파워가 꺼지게 되었거나 동작을 멈추게 만드는 소프트웨어 글리치가 발생해서 이전에 해놓았던 모든 것들을 잃어버린 일들이 가끔 일어났을 것이다. 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 저널에 발표된 새로운 연구는 컴퓨터와 전자기기들이 이러한 취약성을 갖지 않도록 해줄 것이다. 컴퓨터는 정보를 저장하기 위한 두 가지 기본적인 방법을 가지고 있다. RAM은 빠르게 쓰고 읽을 수 있지만 휘발성이 있어서 파워가 꺼지게 되면 정보가 사라지게 된다. 그리고 디스크 스토리지는 읽고 쓰는데 느리지만 비휘발성이다. 컴퓨터에서 동작하고 있는 메모리는 타이핑을 처리하거나 실시간으로 진행되고 있는 스카이프 통화를 감당할 수 있을 만큼 빨라야만 한다. 그러나 당신은 현재 파워가 꺼질 때 발생하는 취약성에 요금을 지불하고 있는 상황에 처해있다. 20여년 동안 과학자들과 엔지니어들은 FeFET(ferroelectric field effect transistor)라는 새로운 종류의 전자 부품을 개발하려고 노력해왔다. 이 트랜지스터는 각 데이터 스토리지 종류에 대한 최고의 특징을 가지고 있으며, 빠르게 액세스할 수 있고 비휘발성을 가지고 있다. 오스틴에 있는 텍사스대학교(University of Texas), ORNL(Oak Ridge National Laboratory), 애리조나주립대학교(Arizona State University)의 물리학자들은 게이트를 만들어서 FeFET를 구성하기 위한 새로운 발견을 하고 있다. 게이트는 개방되거나 닫히는 부분으로서 컴퓨터의 2진 언어에 따라서 0이나 1에 반응하게 된다. 현재 RAM에서 사용되고 있는 트랜지스터의 게이트와는 다르게 이 게이트는 파워가 적용되지 않을 때에도 이 상태를 보유하고 있게 된다. FeFET로 구성된 컴퓨터와 메모리를 가지고 있는 다른 전자기기들은 파워가 없는 상태에서도 취약해지지 않을 뿐만 아니라 전원을 켜게 될 때 시간이 많이 걸리지 않게 될 것이다. 그것은 즉시 동작을 준비하게 될 것이다. 가능한 다른 애플리케이션에는 초고밀도 메모리, 태양전지 및 논리 소자가 포함되어 있다. 이것에서 전체 회로는 하드웨어가 변경되지 않고 다른 기능들이 재프로그래밍될 수 있다. 연구원들은 분자빔 에피탁시라는 기술을 사용하였다. 이것은 진공 챔버 내부에 전자적인 요소들을 가열시켜서 표면에 응축되도록 만들어준다. 그래서 게르마늄 블록에서 타이타늄산 바륨 레이어가 성장하게 된다. 타이타늄산 바륨은 강유전성을 가지는 것으로서 이것이 전계에 놓이게 되었을 때, 원자들이 특정한 방향으로 회전하게 된다. 이러한 경우에 원자들의 방향은 위 또는 아래가 될 수 있으며, 이것이 트랜지스터 게이트를 형성하는데 유용하게 사용될 수 있는 특징이 되는 것이다. “이것은 처음으로 SSD(solid state device)에서 강유전성 전계 효과를 보여주었다”고 UT 오스틴 컴퓨터공학과 Alexander Demkov 교수가 말했다. 그는 이 논문의 공동저자이다. 그들이 이 구조를 개발하기 전에 연구팀은 TACC(Texas Advanced Computing Center)에서 슈퍼컴퓨터에서 구동되는 컴퓨터 모델을 개발하였다. 이것은 그들이 원하는 특징을 갖는 크리스털 구조를 디자인하도록 만들어주었다. UT 오스틴의 박사과정 학생이며 이 논문의 제1저자인 Patrick Ponath는 새롭고 레이어를 가진 구조를 만들기 위한 기술을 개발하였다. Ponath, Demkov 및 그들의 동료들이 개발한 것은 2차원적인 레이어 구조이다. 이것이 유용하게 사용되기 위해서 그들은 3차원 구조를 가진 실제 트랜지스터의 개발이 필요했다. 즉, 게이트뿐만 아니라 다른 두 가지 요소인 소스와 드레인도 필요했다. 이것은 훨씬 더 어려운 엔지니어링 작업이 될 것이며, 실질적인 FeFET에 대한 개발이 현재도 지속되고 있다. FeFET.jpg https://cns.utexas.edu/news/new-research-points-way-to-less-vulnerable-computer-memory