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5단 수직 적층 반도체 트랜지스터 개발
우리 대학 전기 및 전자공학부 이병현 연구원(지도교수 최양규)과 나노종합기술원(원장 이재영) 강민호 박사가 실리콘 기반의 5단 수직 적층 반도체 트랜지스터를 개발했다.
그리고 반도체 트랜지스터를 이용한 비휘발성 메모리 개발에 성공했다.
이번 연구는 나노 분야 학술지 ‘나노 레터스(Nano letters)’ 11월 6일자 온라인판에 게재됐다.
반도체 트랜지스터 분야는 모든 전자기기의 핵심 구성요소로 국내 산업과 경제 발전에 큰 영향을 끼쳤다.
세계적 추세에 따라 치열한 소형화를 통해 생산성과 성능의 향상을 거듭했으나 최근 10나노미터 시대에 접어들며 제작 공정의 한계 및 누설전류로 인한 전력소모 문제가 커지고 있다.
학계 및 산업계는 문제 해결을 위해 전면-게이트 실리콘 나노선 구조를 개발했다. 이는 누설전류 제어에 가장 효과적인 구조로 저전력 트랜지스터 개발에 이용됐다. 그러나 이 역시 소형화에 따른 나노선 면적 감소로 성능 저하의 한계가 있었다.
연구팀은 전면-게이트 실리콘 나노선을 수직으로 5단으로 쌓아 문제를 해결했다. 이 5단 적층 실리콘 나노선 채널을 보유한 반도체 트랜지스터는 단일 나노선 기반의 트랜지스터보다 5배의 향상된 성능을 보였다.
또한 수직 적층 나노선 구조는 말 그대로 위로 쌓기 때문에 단일 구조와 달리 면적이 증가되지 않아 집적도 향상에도 기여할 수 있다.
나노선 수직 적층은 개발된 ‘일괄 플라즈마 건식 식각 공정’ 방식을 통해 이뤄졌다. 이 공정은 고분자 중합체를 이용해 패턴이 형성될 영역에 미리 보호막을 친 뒤 등방성 건식 식각을 통해 나노선 구조를 형성하는 기술이다. 수직 적층 나노선 구조는 이 기술의 연속 작용을 통해 확보한 결과물이다.
이 기술은 지속적 소형화로 인해 기술적 한계에 부딪힌 반도체 트랜지스터 분야에 새로운 돌파구를 제시할 것으로 기대된다.
관련 연구가 이전부터 진행됐지만 더 간단한 공정기술을 이용해 가장 많은 나노선 채널의 적층에 성공했기 때문에 비용절감 및 제작 시간 단축, 반도체 트랜지스터의 성능 향상으로 인한 상용화 등에 크게 기여할 것으로 예상된다.
연구팀은 건식 식각 공정 기술이 기존 방법보다 간단하고 안정적으로 수직 적층 실리콘나노선 구조 제작을 가능하게 함으로써 고성능 트랜지스터 개발에 응용 가능할 것이라고 밝혔다.
이병현 연구원과 강민호 박사는 “이번 기술 개발은 미래창조 국가 나노기술 인프라 기관 나노종합기술원의 훌륭한 반도체 연구 기반과 김진수 부장 포함 관련 연구진들의 우수한 공정 능력이 뒷받침돼 가능했다”고 소감을 말했다.
이번 연구는 글로벌프론티어사업 스마트IT융합시스템 연구단의 지원을 받아 수행됐다.
연구를 주도한 이병현 연구원은 우리 대학 최양규 교수 지도하에 박사과정을 수행 중이며, 삼성전자 메모리 사업부의 책임 연구원으로 재직 중이다.
□ 그림 설명
그림1. 일괄 플라즈마 건식 식각 공정 과정의 모식도.
그림2. 서로 다른 방향에서 단면을 관찰한 주사 전자 현미경 사진 및 투과 전자 현미경 사진
2015.11.24 조회수 16237 -
섬유 유기 발광 디스플레이 제작 기술 개발
최 경 철 교수
우리 대학 전기 및 전자공학부 최경철 교수 연구팀이 웨어러블 디스플레이에 적용할 수 있는 섬유 기반의 유기 발광 디스플레이 원천기술을 개발했다.
이 기술은 섬유 자체에 유기 발광 디스플레이를 제작할 수 있는 원천 기술로, 성과를 인정받아 나노 전자기술 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 일렉트로닉 머터리얼스(Advanced electronic materials)’ 7월 14일자 온라인 판에 게재됐다.
기존 웨어러블 디스플레이는 심미적 디자인 구현을 위해 옷 위에 부착하는 방식이다. 이 방법은 딱딱하고 유연하지 않아 실생활 적용이 어렵고, 직물의 특성을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 평평한 기판 위에 유기 발광 디스플레이를 제조하는 기존 방식을 탈피했다. 대신 직물을 구성하는 요소인 섬유에 주목해 섬유 자체에 유기 발광 디스플레이를 제작했다.
이를 통해 섬유의 특성을 그대로 유지하면서도 디스플레이 기능을 살릴 수 있는 섬유 디스플레이를 구현했다.
이 기술의 핵심은 딥 코팅 공정법으로 실과 같은 3차원 형상의 기판을 용액에 담궜다 빼내며 일정한 유기물 층을 형성하는 방법이다.
이를 통해 기존 열 증착방식을 통해 제작이 어려웠던 원기둥 형상과 같은 3차원 기판에도 손쉽게 유기물 층을 형성할 수 있다. 또한 인출속도 조절을 통해 수십-수백나노 단위의 두께 조절이 가능하다.
이 기술은 두루마리 가공 기술(Roll to Roll)을 통한 연속 생산으로 저비용, 대량 생산이 가능해 섬유 기반 웨어러블 디스플레이의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
최 교수는 “직물 구성 요소인 섬유에 유기발광 디스플레이를 제조할 수 있는 원천기술이다.”며 “웨어러블 디스플레이의 진입 장벽을 크게 낮출 것이다”고 말했다.
제 1 저자인 권선일 박사과정 학생은 “이 기술을 활용해 옷처럼 편안하게 입을 수 있는 웨어러블 디스플레이 제조가 가능할 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림 1. 섬유 기반의 유기 발광 다이오드를 적용한 미래 웨어러블 디스플레이 개념도
그림 2. 딥 코팅 법을 이용한 섬유 기반의 유기 발광 다이오드 공정 모식도
그림 3. 제작된 섬유 기반의 유기 발광 다이오드의 사진
2015.08.05 조회수 11232 -
와이파이만 자동 감지해 다운로드하는 기술 개발
해외출장이 잦은 김 모 씨는 스마트폰에 영화를 다운받아 기내에서의 무료함을 달랜다. 그는 아침 회의에 들어가기 전 오후 5시까지만 다운을 완료하면 된다는 데드라인을 설정하고, 여러 일정을 마친 후 시간이 되자 기내에 탑승했다.
스마트폰을 확인하니 다운이 완료됐고, 자동으로 와이파이만 인식해 다운로드 했기 때문에 LTE 데이터는 전혀 소비되지 않았다.
우리 대학 전기및전자공학과 박경수, 이융, 정송 교수 연구팀은 와이파이와 이동통신 망의 단절을 자동으로 감지해 모바일 콘텐츠를 전달하는 기술 및 시스템을 개발했다.
이동통신 망에서 와이파이 망으로 데이터를 분산시키고 이양하는 것을 와이파이 오프로딩이라 한다. 이는 스마트폰에서 쉽게 볼 수 있는 기능이다.
그런데 현재의 와이파이 오프로딩은 원활하지 않아 자동적 시스템이 아닌 개인의 선택에 의해 이뤄지고 있다. 와이파이 망을 벗어나 이동하는 경우 연결이 단절되고 버퍼링이 발생해, 사용자들은 한 곳에서만 와이파이를 사용하거나 아예 해제하고 이동통신망을 이용하는 것이다.
원활한 오프로딩을 위해 관련 미래 표준을 만들고 있지만 LTE 망 통합 등의 변화가 필요하고 추후 장비 업그레이드 비용이 문제가 된다.
연구팀은 이러한 네트워크 단절 문제를 자동으로 처리하면서 와이파이 망을 최대한 사용하게 만드는 모바일 네트워크 플랫폼을 구축했다. 우선 네트워크 단절을 트랜스포트 계층에서 직접 처리해 네트워크간 이동 시에도 연결의 끊김 없이 전송이 가능한 프로토콜을 개발했다.
더불어 연구팀은 지연 허용 와이파이 오프로딩 기법을 개발했다. 다운로드 완료 시간을 예약하면 잔여 시간과 용량 등의 정보를 계산한 뒤, LTE와 와이파이를 스스로 조절해 최소의 LTE 데이터로 원하는 시간대에 다운로드를 완료할 수 있는 알고리즘이다.
이 기술은 스트리밍 플레이어에도 적용 가능해 와이파이 망에 있는 동안 더 많은 트래픽을 전송해 구역을 벗어나도 버퍼링 없는 동영상 시청이 가능하다.
이 기술로 사용자는 적은 요금으로 질 높은 콘텐츠를 이용할 수 있고, 사업자는 기존 LTE망의 재투자 및 효율적인 와이파이 망 유도가 가능하다. 또한 모바일 동영상 콘텐츠 사업자에겐 더 많은 수요자를 확보할 수 있다.
이융 교수는 “와이파이 오프로딩과 LTE 망의 관계를 최소화함으로써 모바일 콘텐츠 사업자, 망 사업자, 사용자 모두가 윈윈할 수 있는 기술이 될 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 정보통신기술진흥센터 (IITP) 네트워크 CP실(임용재 CP)의 지원을 받아 수행됐고, 5월에 개최하는 모바일 시스템 분야 최고 권위의 국제 학회인 에이씨엠 모비시스(ACM MobiSys)에서 발표될 예정이다.
□ 그림설명
그림 1. 지연 허용 와이파이 오프로딩 기법 개념도
2015.04.20 조회수 15512 -
휘어지는 10나노미터 고분자 절연막 개발
10나노미터 이하의 얇고, 유연하게 휘어지면서도 균일한 두께를 유지하는 고분자 절연막의 개발로 사물인터넷의 실현을 앞당길 수 있을 것으로 보인다.
우리 대학 생명화학공학과 임성갑 교수, 전기 및 전자공학과 유승협, 조병진 교수 공동 연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD)’을 이용한 고분자 절연막을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구는 재료분야 국제 학술지인 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’ 3월 10일자 온라인 속보판에 게재됐다.
사물인터넷 시대의 핵심인 웨어러블, 플렉서블 기술 촉진을 위해서는 가볍고 전력 소모가 적으면서도 유연성을 가진 소자 제작 기술이 필수적이다.
하지만 무기물 소재를 기반으로 한 절연막을 포함한 전자소자 재료들은 유연성이 부족하고, 고온에서만 공정이 가능해 열에 약한 다른 재료들과의 조합이 좋지 않다.
또한 용액을 이용해 만든 기존 고분자 소재 절연막은 표면장력에 의한 뭉침 현상으로 균일도에 한계가 있었고, 잔류 불순물로 인해 절연 특성도 좋지 못한 경우가 많았다.
공동 연구팀은 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 기체 상태의 반응물을 이용해 고분자를 박막 형태로 합성하는 방법인 iCVD를 사용했다.
액체 대신 기체 상태의 반응물을 이용해 균일도를 높이고 불순물을 최소화함으로써, 10nm 이하의 매우 얇은 두께에서도 무기물 기반 소재에 필적하는 절연성을 가지게 됐다.
공동 연구팀은 개발한 절연막을 유기반도체, 그래핀, 산화물반도체와 같은 차세대 반도체를 기반으로 한 트랜지스터에도 적용해 우수한 이동도를 갖는 저전압 트랜지스터를 개발했다.
그 외에도 우수한 유연성을 바탕으로 스티커 필름 형태의 전자 소자를 시연했고, 동국대 노용영 교수 연구팀과 협력해 iCVD 고분자 절연막이 대면적 유연 전자소자 기술에 적용할 수 있음을 확인했다.
이 기술은 향후 다양한 미래형 전자기기 제작에 핵심 요소소재로 활용되고, 이 분야의 기술경쟁력 우위 확보에도 역할을 할 것으로 기대된다.
임성갑 교수는 “이번에 iCVD로 구현된 박막의 절연특성은 고분자 박막으로는 구현할 수 없었던 매우 높은 수준”이며 “이번에 개발된 iCVD 고분자 절연막은 플렉서블 전자 소자 등 차세대 전자 기술에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.
문한얼, 신우철 박사(전기 및 전자공학과), 성혜정 학생(생명화학공학과)이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부의 한국연구재단 신진연구자 지원사업 및 중견연구자 지원사업, 글로벌프론티어사업 나노기반 소프트일렉스토닉스 연구단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. iCVD 공정의 모식도
(i) 재료물질 (initiator, monomer) 주입, (ii) 개시제의 활성화, (iii), (iv): 활성화된 개시제에 의한 고분자(polymer) 합성
그림 2. 연구진이 개발한 고분자 절연막을 이용하여 제작한 대면적, 고유연성 전자소자
그림 3. 스티커처럼 붙이고 뗄 수 있는 전자소자 이미지
2015.03.10 조회수 20673 -
도장 찍듯이 자유롭게 그래핀 옮기는 기술 개발
우리 학교 전기및전자공학과 최성율 교수 연구팀이 단원자층 그래핀을 금속촉매기판에서 직접 떼어내는 동시에 원하는 기판에 도장을 찍듯 자유롭게 옮길 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
이 기술을 활용하면 기존의 직접박리 기반 전사공정으로 달성하기 어려웠던 그래핀 박막 적층, 구조물 표면이나 유연한 기판으로 전사, 4인치 웨이퍼 크기의 대면적 전사 등이 가능해진다. 향후 웨어러블 스마트기기 등 다양한 분야에 사용되는 그래핀 전자소자 상용화에 활용될 전망이다.
그래핀을 원하는 기판으로 옮기기 위해 현재 가장 널리 사용하는 방법인 습식전사법은 전사과정 중에 그래핀이 물리적으로 손상되고 표면이 오염 될 수 있어 전사된 그래핀의 전기적 특성이 심각하게 훼손될 수 있다는 단점이 있다.
최 교수 연구팀은 금속촉매기판 위에 성장된 그래핀을 수용성 고분자 용액으로 처리한 후 동일한 수용성 고분자 지지층을 그 위에 형성시켰다. 이 과정을 통해 지지층과 그래핀 사이에 강한 결합력이 형성되고 그 후 지지층을 탄성체 스탬프로 떼어내면 지지층과 함께 그래핀이 금속촉매기판으로부터 분리된다.
이렇게 분리된 그래핀은 탄성체 스탬프에 고립상태로 존재하기 때문에 원하는 기판 어디에든 도장 찍어내듯 자유롭게 옮길 수 있다. 또 금속촉매기판을 재활용 할 수 있고 유해한 화학물질을 전혀 사용하지 않기 때문에 친환경적인 전사법 이라는 장점도 가지고 있다.
최 교수는 이번 연구에 대해 “개발된 그래핀 전사방법은 그 공정이 범용적이고 대면적 전사도 가능하므로 그래핀 전자소자 상용화에 기여할 수 있을 것”이라며 “이 방법이 가지고 있는 높은 전사 자유도로 인해 향후 그래핀과 2차원 소재 접합 나노소자 구현에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
이번 연구는 KAIST 전기및전자공학과 최성율 교수와 양상윤 연구교수가 주도하고 같은 과 조병진 교수, 한국전자통신연구원 최춘기 박사가 참여했으며, 미래창조과학부가 추진하는 글로벌 프론티어 사업인 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’의 지원으로 수행됐다.
연구 결과는 나노 및 마이크로 과학 분야의 국제 학술지 스몰(small) 1월 14일자 표지논문으로 게재됐다. 끝.
그림1. 본 연구결과를 설명하는 Small紙의 2015년 1월 14일자 표지 사진
그림2. 본 연구에서 개발된 ‘높은 자유도를 갖는 그래핀 직접박리/전사법’
그림3. 개발된 전사법으로 전사된 그래핀: (좌) 단원자층 그래핀을 3번 반복 전사하여 얻은 3층 그래핀 (3-layerd graphene), (우) 그래핀 트랜지스터 제작을 위해 금속 전극 구조물 표면에 전사한 그래핀
그림4. 대면적 전사된 그래핀: (좌) 4인치 실리콘 웨이퍼에 전사된 그래핀, (우) 플라스틱 (polyethersulfone, PES) 유연기판에 전사된 그래핀 (크기 7cm x 7cm)
2015.01.19 조회수 18043 -
KAIST, 국내대학 최초로 국제표준특허 등록
우리 학교 전기및전자공학과 김문철 교수가 개발한 영상압축기술이 차세대 고효율 영상압축기술(HEVC, High Efficiency Video Coding)의 표준특허로 등록됐다.
김 교수가 KBS와 공동 개발한 이 기술은 기업이나 연구소가 아닌 대학에서 주도적으로 표준화를 추진해 표준특허로 인정받은 국내 최초 사례다.
HEVC(H.265)는 Full HD보다 4배나 화질이 우수한 UHD(초고화질)급 해상도를 가진 TV, 스마트폰 등에 적용하기 위한 대용량 영상데이터를 효율적으로 압축하기 위해 만들어진 국제 기술표준이다. 현재 Full HD에 가장 널리 쓰이는 H.264/AVC 보다 데이터 압축효율이 두 배 정도 우수하다. 즉, 같은 수준의 영상화질을 유지하면서도 데이터 용량을 절반 정도로 줄일 수 있다.
HEVC 관련 시장은 현재 태동기이지만 최근 출시된 UHD TV와 최신 스마트폰에 적용되기 시작했고, 2016년까지 급속도로 팽창하면서 세계시장은 연간 2천억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. KAIST는 이번에 등록된 표준특허로 향후 최소 100억 원의 특허 로열티를 받을 것으로 전망하고 있다.
국제표준화기구(ISO/IEC, ITU-T)는 2013년 1월 HEVC 표준을 확정했다. 또한, 세계적인 특허 풀(Pool) 라이선스 관리기업인 MPEG LA는 2014년 9월 29일 HEVC 표준특허 풀을 확정 발표했다. 김 교수는 지난 2007년 KBS와 공동으로 개발한 영상처리 기술이 HEVC 표준에 부합한다고 판단, KAIST 기술사업화센터(센터장 윤준호)와 특허분석을 통한 표준화 전략을 수립했다. 이후 MPEG LA에 수립된 전략에 따라 보유하고 있던 기술을 제안해 표준특허로 등록시키는데 성공했다.
배중면 산학협력단장은 “대학에서 개발한 세계적인 수준의 원천기술을 가지고 시장파급력이 큰 국제표준화를 달성해 아직까지 대학에서는 경험할 수 없었던 커다란 금액의 기술료 수익이 기대된다”며 “전략적 특허관리를 통해 향후 2년 이내에 50개 이상의 국내외 표준특허를 확보할 계획”이라고 말했다.
강성모 총장은 “KAIST는 뛰어난 기술력으로 애플, 지멘스, NEC 등과 함께 HEVC 표준특허 풀 창립멤버로 가입, 글로벌 톱 기업들과 어깨를 나란히 해 학교의 위상을 크게 드높였다”며 “원천기술에 대한 연구생산성을 크게 높임으로써 그동안 대학에서 시도하지 못했던 새로운 형태의 창조경제 모델을 제시했다는데 의미가 있다”고 의의를 밝혔다.
□ 영상압축기술의 발전
□ 비디오화면 화소 수 비교
2014.10.01 조회수 14753 -
그래핀 양자점 디스플레이 핵심기술 개발
우리 학교 신소재공학과 전석우(39) 교수는 물리학과 조용훈(48) 교수, 전기및전자공학과 유승협(43) 교수와 공동으로 세계에서 처음으로 흑연으로부터 고품질의 그래핀 양자점을 개발하는데 성공했다.
연구팀은 그래핀의 원재료인 흑연에 염(salt)과 물만을 이용한 흑연층간 화합물을 합성해 친환경적인 방법으로 그래핀 양자점을 만들었다.
개발된 양자점은 지름이 5nm(나노미터, 10억분의 1미터) 정도로 크기가 매우 균일하면서도 높은 양자 효율을 보였으며, 기존 양자점과 달리 납, 카드뮴 등의 독성 물질이 포함돼 있지 않다. 또 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 재료(흑연, 염, 물)로만 만들어 적은 비용으로 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.
이와 함께 연구팀은 그래핀 양자점의 발광 메커니즘을 규명했으며 제조된 그래핀 양자점을 통해 휴대폰 디스플레이의 최대 밝기(수백 cd/㎡)보다 높은 1,000 cd/m2(cd, 칸델라) 이상의 높은 휘도를 갖는 그래핀 양자점 LED를 개발해 상용화 가능성을 최초로 입증했다.
전석우 교수는 “아직은 기존 LED의 발광효율에는 못 미치지만 발광 특성은 향후 더욱 향상될 가능성이 많다”며 “특히 그래핀 양자점을 활용하면 종잇장처럼 얇은 디스플레이는 물론 커튼처럼 유연한 소재에도 원하는 정보가 표시되는 기술도 가능할 것”이라고 밝혔다.
연구팀이 KAIST 나노융합연구소 그래핀 연구센터의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)’ 20일자 온라인판에 게재됐다.
그림1. 그래핀 양자점 합성 과정 및 그래핀 양자점 이미지
그림2. 그래핀 양자점 발광 메커니즘
그림3. 그래핀 양자점 적용 LED 구조 및 발광 이미지
2014.08.28 조회수 17471 -
증강현실로 스마트시대의 미래를 열다!
영화 ‘마이너리티 리포트’에서 허공에 화면이 뜨고 손짓으로 컴퓨터를 조작하는 모습은 단지 상상 속 미래였다. 하지만 이런 일들이 곧 실현될 것으로 보인다. 우리 학교 전기및전자공학과 유회준 교수 연구팀은 세계 최초로 증강현실 전용 프로세서가 내장된 고성능·초저전력 머리 장착형 디스플레이(HMD, Head Mount Display) ‘케이 글래스(K-Glass)’를 개발했다. 연구팀의 전용 프로세서 개발로 기존 상용칩을 활용한 구글 글래스 보다 속도는 30배 이상 빨라지면서 동시에 사용시간은 3배 이상 길어지는 등 실제 사용자에게 불편함이 많이 줄어 증강현실시대를 앞당길 것으로 기대된다. 증강현실이란, 현실 세계와 이를 적절히 변형한 가상 미디어 콘텐츠가 결합한 것이다. 예를 들면, 동화책에 그려진 공룡 그림을 쳐다보면 3차원 공룡이 책 위로 솟아올라 보이며 방향을 바꾸면 공룡의 다른 쪽이 보이게 하는 기술이다. 삼성, 마이크로소프트 등에서는 관련 특허를 출원하고 있고, 특히 구글에서는 2012년 5월 증강현실을 위한 프로젝트 글래스(Project Glass)를 개발했다. 하지만 자연스러운 증강현실을 구현하기에는 성능이 만족할만한 수준은 아니었다. 구글의 기술은 바코드와 같은 표식을 인식해 해당 물체에 가상 컨텐츠를 첨가하는 방식의 증강현실을 구현하는 방식이기 때문에 표식을 설치하기 힘든 야외에는 증강현실을 구현할 수 없는 큰 단점이 있다. 게다가 2시간 정도만 사용할 수 있을 정도로 전력 소비량이 많아 휴대폰과 같은 모바일 기기처럼 일상생활에서 항상 착용하지는 못하는 실정이었다.연구팀이 개발한 K-Glass의 ‘증강현실 전용 프로세서’는 인간 뇌의 시각 집중 모델(Visual Attention Model)에 영감을 받아 제작돼 저전력·고성능을 동시에 달성했다. 시각 집중 모델은 보고 있는 화면에서 의미 있고 중요한 부분을 배경과 같이 인식에 무의미한 영역들로부터 분리한다. 이에 따라 불필요한 연산을 제거할 수 있어 복잡한 증강현실 알고리즘의 연산 속도를 획기적으로 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또 전력소모를 줄이기 위해 ‘뉴런의 신경망’을 모방한 네트워크 구조를 적용했다. 프로세서 내부에서는 데이터가 활발하게 돌아다니는데 데이터 쏠림현상에 의해 전송에 병목이 발생할 수가 있는데 연구팀은 뉴런의 신경망 구조를 활용해 프로세서 내 데이터를 전송 및 네트워크 병목현상을 효과적으로 극복했다. 개발된 증강현실 전용 프로세서는 65nm(나노미터) 공정에서 제작돼 32㎟ 면적에 1.22TOPS(Tera-Operation per Second, 1초당 1012회 연산속도) 성능을 보인다. 또한 30fps(초당프레임)/720p(픽셀) 비디오 환경의 실시간 동작에서 1.57TOPS/W(와트)의 높은 에너지 효율을 나타내 장시간 동작할 수 있다. 유회준 교수는 “스마트 폰의 뒤를 잇는 차세대 모바일 디바이스로써 HMD에 대한 관심이 급증하고 있다”며 “투과형 HMD는 증강현실을 구현함에 따라 교육 엔터테인먼트 등의 분야에 큰 변화를 가져올 것”이라고 말했다. 또 “K-Glass는 구글의 프로젝트 글래스 등 기존 HMD의 낮은 컴퓨팅 성능을 획기적으로 향상시키는 것은 물론 초저전력 소비를 달성하는데 성공, 미래 모바일 IT분야에서 혁신적인 변화를 주도할 것”이라고 연구 의의에 대해 말했다. 유회준 교수 지도하에 김경훈 박사과정 학생이 주도해 개발한 K-Glass는 이달 미국 샌프란시스코에서 개최된 세계적 반도체 학술대회 ISSCC(국제고체회로설계학회)에서 발표돼 커다란 주목을 받았다. K-Glass 데모 동영상 유튜브 링크 :http://www.youtube.com/watch?v=fzQpSORKYr8&feature=c4-overview&list=UUirZA3OFhxP4YFreIJkTtXw
2014.02.20 조회수 18464 -
전기먹는 하마 ‘데이터센터’전력 감축기술 개발
- 전력소모 1/3이하로 줄인 0.75W급 초저전력100Gbps 이더넷 IC 개발 -
- KAIST가 핵심기술 개발하고 벤처기업에서 전체시스템 구성해 수 조원대 매출액 기대. “창조경제 모범답안 될 것” -
우리 학교 전기및전자공학과 배현민 교수는 자신이 창업한 벤처기업인
테라스퀘어와 공동으로 기존보다 전력소모를 1/3 이하로 줄인 0.75W급 초저전력 100Gbps(1초당 10억 비트) 이더넷
IC(Integrated Circuit, 집적회로)를 개발했다.
이번에 개발된 IC는 차세대 초소형 통신모듈(CFP4/QSFP28)에
탑재 가능한 세계에서 유일한 솔루션으로 경쟁사 대비 2년 정도 기술력이 앞서있다고 평가받고 있다. 2014년 본격 양산을 시작하면
2017년 1조원이상 규모로 성장할 것으로 예상되는 100Gbps 이더넷 IC분야에서 세계 시장을 선점할 것으로 기대된다.
전 세계 하루 평균 인터넷 검색량은 수십억 건. 하지만 검색 결과를 보여주는데 걸리는 시간은 평균 0.25초에 불과하다. 검색은 물론 사진과 동영상 등 수많은 정보를 저장하고 전송해주는 데이터 센터가 24시간 가동되기 때문이다.
이 같은 인터넷 기반 서비스가 가능하려면 데이터센터의 많은 저장능력과 속도향상이 필수적인데 이에 대한 전력소모 증가가 커다란 문제로 대두되고 있다.
2006년 미국의 데이터 센터는 연간 전력소비 가운데 1.5%(610억
kWh)로 나타났으며, 이 수치는 우리나라 가정에서 연간 소비되는 총 전력량과 맞먹는 수준이다. 미국이 지금과 같은 추세라면
2020년에는 10%를 차지할 것으로 예상하고 있어 이에 대한 대책이 절실하게 필요한 상황이다.
배 교수는 2007년 세계에서 가장 큰 통신모듈 회사인 미국 피니사르(Finisar)사 재직당시 세계 최초로 100Gbps 이더넷
IC를 개발한 세계적인 초고속회로 설계 전문가다. 배 교수가 개발한 IC는 2009년 상용화돼 지난 4년간 전 세계 시장을
선점했다.
배 교수는 2010년 KAIST 전기및전자공학과 교수로 부임해
테라스퀘어를 창업했다. KAIST와 테라스퀘어 공동연구팀은 올해 독창적인 구조로 기존보다 전력소모를 1/3이하(0.75W)로 줄인
100Gbps 이더넷 IC를 개발하는데 성공했다.
연구팀은 올 8월 상용화 전 단계인 시제품 개발을 마쳤다. 지난 9월 영국에서 열린 ‘2013 유럽 국제 광통신 전시회’에서 실시간 시연 및 전시를 진행했으며 같은달 세계최대의 통신장비업체인 C사에서 성공적으로 시연을 마쳤다.
이와 함께 연구팀이 개발한 IC는 지난달 열린 ‘제14회 대한민국 반도체 설계대전’에서 독창성과 파급효과를 인정받아 영예의 대통령상을 수상하기도 했다.
배현민 교수는 “이번에 개발한 초저전력 100Gbps 이더넷 IC 기술은
특정분야에 국한되는 것이 아니라 거의 모든 차세대 초고속 통신에 적용 가능한 기술로 향후 고속 USB, HDMI, TV
인터페이스 등 많은 분야에 응용 가능하다”고 말했다.
또 “혁신을 지향하는 KAIST 연구원들은 기술적 장벽을 만드는
핵심기술을 개발하고, 경험 많은 테라스퀘어 엔지니어들은 이를 활용한 전체 시스템을 구성해 연구를 통한 혁신이 바로 제품으로
이어지게 하는 것이 최종 목표”라고 말했다.
테라스퀘어는 창업투자회사인 소프트뱅크벤처스로부터 총 45억의 투자를
받았으며 현재 15명이 일하고 있다. 지식경제부 해외인재 스카우팅 프로그램을 통해 세계 3위 반도체설계회사인 ‘마벨 반도체’에서
제품개발 총책임자로 근무했던 미국 반도체의 핵심인재인 박진호 최고기술책임자(CTO) 등 2명의 스타급 해외 인재가 최근 합류해
글로벌 벤처기업의 신화를 써나가고 있다.
붙임 : 그림설명
2013.11.18 조회수 17716 -
다양한 물질로 만든 나노선 상용화 가능성 열려
- 산·학·연 2년간 공동연구 끝에 나노선 상용화 가능한 기술 개발 -- 폭 50nm, 길이 20cm 나노선 2시간이면 200만 가닥 대량생산 가능해 -
폭이 수십 나노미터 정도로 매우 얇은 나노선의 상용화를 앞당길 혁신적인 기술이 국내 산·학·연 공동연구진에 의해 개발됐다. 향후 나노선을 이용한 반도체, 고성능 센서, 생체소자 등 다양한 분야에 활용될 것으로 전망된다.
우리 학교 전기및전자공학과 윤준보 교수 연구팀은 (주)LG이노텍(대표 이웅범), 나노종합기술원(원장 이재영)과 공동으로 첨단 과학 분야에서 핵심적인 소재로 쓰이고 있는 나노선을 다양한 소재로 필요한 길이만큼 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
연구결과는 나노 과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 7월 30일자 온라인판에 게재됐다.
나노선은 폭이 최대 100나노미터 정도에 불과한 긴 선 모양의 구조체로 기존에 발견되지 않았던 다양한 열적, 전기적, 기계적 특성을 보이는 다기능성 나노 소재다. 나노 세계에서만 보이는 특성을 활용하기 위해 나노선은 반도체, 에너지, 생체소자, 광학소자 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 첨단 소재로 각광 받고 있다.
그러나 수 밀리미터를 성장시키는데 3~4일이 소요될 만큼 합성 속도가 매우 느리고 대량 생산이 어려운 것은 물론 원하는 물질을 자유자재로 나노선으로 제작할 수 있는 기술이 개발되지 않았다.
또 제작된 나노선을 실제로 적용하기 위해서는 가지런히 정렬시켜야 하는데 기존 기술은 정렬을 위해 복잡한 후처리를 해야 하고 정렬 상태도 완벽하지 못해 상용화에 커다란 걸림돌이었다.
연구팀은 이러한 종래의 문제점을 극복하기 위해 기존의 화학적 합성법을 사용하지 않고 반도체공정을 적용했다.
연구팀은 직경 20센티미터의 실리콘 웨이퍼 기판에 광식각 공정을 이용해 목표하는 주기보다 큰 패턴을 형성한 뒤 이 주기를 반복적으로 줄여가는 방법을 이용해 100나노미터 초미세 선격자 패턴을 제작했다.
이 패턴을 기반으로 반도체 제조과정에서 널리 쓰이는 박막증착공정을 활용해 폭 50nm(나노미터), 최대 길이 20cm(센티미터)의 나노선을 완벽한 형태로 대량 제조하는데 성공했다.
개발된 기술은 장시간의 합성 공정을 거칠 필요가 없으며 별도의 후처리를 하지 않아도 완벽하게 정렬된 상태로 만들 수 있어 상용화 가능성이 높은 것으로 학계와 산업계는 평가하고 있다.
윤준보 교수는 이번 연구에 대해 “낮은 생산성, 긴 제조시간, 물질합성의 제약, 나노선 정렬 등과 같은 기존 기술의 문제점을 해결했다는 데 의미가 있다”면서 “그동안 나노선을 산업적으로 널리 활용하지 못했지만 개발된 기술을 활용하면 나노선을 사용한 고성능의 반도체, 광학, 바이오 소자 등의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다.
KAIST 전기및전자공학과 연정호 박사과정 학생, LG이노텍 이영재 책임연구원 나노종합기술원 유동은 선임연구원이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원으로 수행됐다.
2013.08.22 조회수 19169 -
플라즈몬 디스플레이 상용화기술 개발
- 나노 표면 플라즈몬 기술 이용해 투과율 향상 기대 -
- 대면적 OLED, LCD에 상용화 가능한 컬러필터 기술 -
플라즈몬 효과를 이용해 디스플레이 컬러필터를 상용화 할 수 있는 공정기술이 KAIST와 고려대학교 연구진에 의해 개발됐다.
우리 학교 전기및전자공학과 최경철 교수와 고려대학교(총장 김병철) 전기전자전파공학부 주병권 교수 공동 연구팀이 나노 표면에서 발생하는 플라즈몬 효과를 이용한 디스플레이 컬러필터를 상용화할 수 있는 설계 및 공정기술을 개발했다.
컬러필터는 LCD나 OLED와 같은 디스플레이와 디지털 카메라에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등에서 색상을 표현하는 핵심부품이다. 현재 상용화중인 컬러필터는 투과율이 20~30%대로 알려져 있는데, 플라즈몬 효과를 이용하면 투과율을 기존보다 40%이상까지 끌어올려 전력효율을 약 2배 향상시킬 수 있다는 연구 성과들이 최근 보고됐다.
최근 발표된 플라즈몬 필터는 마이크로미터(㎛) 크기의 극소 면적에만 구현할 수 있었던 한계가 있었다. 그러나 이번 연구에서는 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 2.5㎝크기까지 구현해냈다. 기존에 상용화중인 레이저 기술을 적용한 공정기술로 플라즈몬 컬러필터를 이용한 디스플레이를 양산할 수 있는 단계까지 올라왔다는 게 학계와 산업계의 평가다.
향후 이 기술을 이용해 투과율을 40%이상 끌어올려 저전력 플라즈몬 디스플레이를 양산하는게 연구팀의 목표다.
이와 함께 레이저 광의 간섭현상을 통해 나노 구조를 형성하는 기술인 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 나노 패턴을 대면적에 구현함과 동시에 컬러필터의 특성을 최적화하면서 공정에서 발생하는 에러를 보완할 수 있는 설계방법을 제시했다.
레이저 간섭 리소그래피 기술을 적용해 연구팀이 제시한 공정은 기존 컬러필터 양산기술의 공정이 복잡한 단점을 극복해 저렴하게 만들 수 있을 것으로 기대된다.
도윤선 박사과정 학생은 이번 연구에 대해 “그동안 공정 비용, 시간, 수율 측면에서 플라즈몬 현상을 산업적으로 이용하는데 한계가 있었다”며 “연구팀이 제시한 컬러 필터 기술은 설계 및 공정의 간소화를 통해 시간이 단축되고 비용이 적게 들어 염료 및 안료기반 컬러필터 기술을 대체할 수 있을 것”이라고 말했다.
고려대학교 전기전자전파공학부 박정호 박사과정 학생은 “이번 연구는 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 TV화면 등 대면적에 적용이 가능하다”며 “기판의 종류에 구애받지 않아 차세대 나노 공정 기술에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
KAIST 전기및전자공학과 도윤선 박사과정 학생과, 고려대학교 전기전자전파공학부 박정호 박사과정 학생이 주도한 이번 연구 성과는 나노 기술 분야 저명 학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼스(Advanced Optical Materials)’ 2013년 2월호 표지논문으로 게재됐고, 6건의 관련 특허를 출원했다.
2013.03.06 조회수 18621 -
공간을 자유자재로 누비는 가상스피커 개발
김양한 교수
- 3D 입체 영상과 결합해 진정한 3D TV 시대 임박 -- 이론적, 실용적 측면 모두 해결해 곧 상용화 예정 -
원하는 공간 어디서나 마치 스피커가 놓여 있는 것처럼 소리를 들을 수 있는 시스템이 개발돼 곧 상용화 예정이다.
우리 학교 기계공학과 김양한, 최정우 교수 연구팀이 공동으로 3차원 공간상에 자유롭게 가상스피커를 배치할 수 있는 ‘사운드 볼 시스템’을 개발했다.
이번에 개발된 시스템은 원하는 공간상의 위치에 자유자재로 소리를 집중시킬 수 있다. 따라서 3D TV에 적용하면 마치 소리도 사람에게 다가오는 것처럼 느껴져 시각과 청각 모두 3D 기능을 갖춘 진정한 의미의 3D TV를 경험할 수 있게 됐다.
또 오케스트라의 바이올린, 첼로 등 현악기와 플루트, 클라리넷 등의 관악기 소리를 원하는 공간에서 나게 조절할 수 있어 집안에서도 마치 실제 콘서트홀에 온 것 같은 느낌을 받을 수 있다.
게다가 여러 가지 소리를 개별적으로 제어가 가능해 방송국 음향 편집에도 활용될 수 있으며, 자동차에서는 각 좌석별로 네비게이션, 음악, TV 소리 등을 따로 전달하는 등 적용범위가 매우 다양할 것으로 예상된다.
사운드 볼 시스템은 여러 개의 스피커를 이용해 공간상의 원하는 지점에 음향 에너지를 집중시킨 후, 집중된 지점에서 다시 전파되는 소리를 이용해 가상 스피커를 만드는 기술이다.
이 기술은 2002년 김 교수팀이 미국음향학회(Acoustical Society of America)에 발표한 청취공간에 있는 사람만 소리를 듣고, 다른 영역에서는 조용하게 하는 음향 밝기·대조 기술을 발전시킨 것으로 음향 에너지 집중을 통해 소리의 방향, 움직이는 소리 및 소리의 공간감을 제어할 수 있다.
연구팀은 먼저 가상스피커에 대한 이론적 해를 완전한 적분방정식 형태로 세계 최초로 풀어내 3차원 공간 어디에서도 구현 가능하도록 했다.
이와 함께, 여러 개의 단극 음원을 조합한 다극음원(multipole)을 사용하고 지향성(directivity) 조정을 통해 원하는 음장을 만들어 탁월한 청취 선명도를 이끌어 냈다.
김양한 교수는 ”2002년 논문부터 시작된 음향제어분야의 새로운 이론적 토대를 마련한 것은 중요한 의미가 있다“며 ”이 기술을 바탕으로 지난 9월 국내 굴지 전자업체와 TV용 3차원 음향시스템 개발을 착수했다“고 말했다.
최정우 교수는 “앞으로 홈씨어터, 영화관, 공공장소 등에서 개발된 시스템이 사용되면 새로운 3차원 음장 기술이 가지고 있는 효과를 느낄 수 있을 것이다”며 “3차원 영상 기술과 함께 통합돼 새로운 영상과 음향의 세계를 경험할 날이 멀지 않았다”고 말했다.
한편, 연구팀은 이번 기술에 대한 특허출원을 완료했으며, 관련 논문은 지난 달 관련 분야 최대 학술단체인 국제전기전자공학회(IEEE)가 발간하는 국제저널(IEEE Transaction of Audio, Speech, and Language Processing)에 게재됐다.
※ 기술 개요(소리의 공간감을 자유자재로 누구나 요리해 맛볼 수 있는 기술)
오래도록 우리는 완벽한 3D사운드 혹은 소리의 공간감의 완전한 재현이 가능한 이상적인 오디오 시스템을 꿈꾸어 왔다. 그러나 3D사운드는 그 정의가 명확하지 않은 주관적인 개념이며, 그 평가에 대한 절대적인 척도 또한 존재하지 않는다.
최근 다양한 3D sound 기법이 난립하고 있으나, 이는 청취 환경에 따라 변화할 뿐만 아니라, 동일한 환경에서도 청취자가 누구냐에 따라 다르게 인지되는 근본적인 문제점을 내포하고 있다. 음장 재현 방법의 이러한 근본적인 문제는 과거의 스테레오 시스템에서 볼 수 있는 밸런스 노브(balance knob)로부터 그 해결의 실마리를 찾을 수 있다. 즉, 밸런스 노브는 보편적인 최적의 소리를 찾는 대신에 청취자가 원하는 음향 효과를 얻을 때까지 직접적으로 소리를 청취하고, 스스로 조절해 평가할 수 있는 매개체의 역할을 수행한다.
KAIST에서 개발한 Spatial Equalizer는 밸런스 노브와 같이 청취자가 원하는 3D 사운드를 스스로 평가하고 조절하기 위한 것이다. 즉, 청취자가 시공간적으로 원하는 3D사운드를 실시간으로 청취하고 변화시킬 수 있는 인터페이스의 개념 및 구현에 초점을 맞추고 있다. Spatial Equalizer는 인터페이스 상에서 하나의 점 또는 다수의 점으로 표시되는 가상 음원을 사용자가 조종함으로써 소리의 공간감을 제어할 수 있는 길을 열어 주고 있다. 이는 다수의 점 음원들의 위치를 변화시키거나 각 점에 위치한 가상 음원의 크기를 변화시킴으로써 청취자가 원하는 소리를 구현하는 원리다.
즉, 사용자가 원하는 소리의 공간감을 공간상에 위치하는 몇 개의 가상 음원의 조합으로 대치하고, 실제로 사용자는 원하는 공간감과 듣는 소리가 부합되도록 하나 또는 다수의 가상 음원의 위치 및 각 음원에 의한 소리의 크기를 조절하는 것이다. 여기서, 원하는 공간감을 얻기 위한 기본적인 요소로서의 가상 음원을 sound ball이라 정의하고 사용하기로 한다.
가상의 sound ball 혹은 가상의 스피커를 자유롭게 공간상에 만들어 내기 위해 스피커 어레이 제어 기술의 혁신이 필요하다. 다수의 스피커로 이루어진 스피커 어레이(loudspeaker array)를 사용하면 소리(sound)가 전파하는 모양을 자유자재로 만드는 것이 가능함은 잘 알려져 있다. 다수의 스피커를 개별적인 크기와 위상으로 구동하면, 각각의 스피커를 중심으로 하는 다수의 파면이 형성되고, 이들이 공간상에서 간섭(interference)되면서 고유의 형상을 갖게 되는 원리이다. 1678년 발표된 호이겐스(Huygens)의 원리로부터, 키르히호프-헬름홀츠(Kirchhoff-Helmholtz) 적분 방정식에 이르는 이론식이 관련 연구의 배경을 이루고 있다. 하지만, 이러한 이론들은 어디까지나 우리가 만들고자 하는 가상의 스피커, 즉 음원(sound source)이 공간 외부에 존재하는 경우에 적용할 수 있으며, 소리를 재현하고자 하는 공간 내부에 음원이 있을 경우는 물리적으로 불가능한 문제가 된다.
기존 WFS(wave field synthesis)등 관련 연구에서는 근사화한 적분 방정식을 사용하여 시간 역전(time-reversal)의 형태로 내부의 음원이 발생시키는 것과 유사한 음장을 만들어 낼 수 있음을 부분적으로 밝혀졌으나, 물리적으로 발생 가능한 이유와 온전한 형태의 해에 대해서는 알려진 바가 없었다. KAIST에서는 온전한 적분 방정식 형태로 일반해가 존재함을 수학적으로 밝혀내었으며, 이에 따라 전 3차원 공간에서 임의의 위치의 sound ball을 형성할 수 있는 이론적 토대를 마련하였다.
개발된 sound ball 형성 알고리듬을 사용하여, Spatial Equalizer를 실제 오디오 시스템의 형태로 구축하였다. 이 시스템의 목적은 다수의 sound ball을 사용자가 원하는 임의의 지점에 형성하는 것이므로, 이것을 고려하여 24개의 스피커로 이루어진 선형 어레이 및 50개 스피커로 구성된 구형 어레이를 제작하였다. 사용자와 Spatial Equalizer® 사이에 피드백이 실시간으로 이루어지는 제어를 수행하기 위해 스마트 폰을 사용하여 원거리에서 sound ball을 제어할 수 있는 장치를 구현하였다. 이 인터페이스는 OSC(Open Sound Control) 프로토콜을 사용함으로써 제어 장치인 스마트 폰과 호스트 PC가 원거리에서도 제어 변수를 주고 받을 수 있도록 하였다. 즉, 각각의 sound ball의 위치 및 크기가 Spatial Equalizer®의 노브로서 작동하게 되어, 사용자는 Sound ball의 위치와 크기를 조절함으로써 의도하는 소리의 공간감을 직관적으로 형성할 수 있다.
음식을 만드는 경우와 비유적으로 설명하면, sound ball을 이용하여 이제는 사용자가 원하는 시.공간적 소리를 만들 수 있게 된 것이다. 종래에는 특별한 청취 능력을 가진 사람이 이러한 소리를 만드는 즉 특별한 요리사 만이 소리의 공간 감을 만들 수 있었다 하면 이제는 이 기술을 이용하여 모든 사람이 자신이 느끼기에 좋다고 생각하는 소리를 공간상에 만들 수 있는 “소리 만들기” 요리 법과 도구를 가지게 된 것이다.
그림1. 여러 개의 스피커를 통해 가상다극음원을 만들었다. 지향성 조정을 통해 수렴음장을 제거했으며, 가상스피커로부터 원하는 음장을 재현했다.
그림2. 사운드 볼 시스템 개념도
그림3. 5.1채널 방식의 서라운드 스피커(좌)와 가상스피커(우) - 실제 피아노가 시청자 바로 앞에 놓인 것과 같은 소리를 들을 수 있다.
그림4. 사운드 볼이 형성 및 이동하면서 소리가 TV에서 튀어나오는 것과 같은 느낌을 받는다.
2012.10.10 조회수 20014