울산과학기술원(UNIST) 연구진이 6G와 위성통신 환경에서 전력 소모를 줄일 수 있는 반도체 소자를 개발했다. 고주파 통신과 신호 연산을 동시에 수행할 수 있는 구조로, 통신 칩 설계 효율 개선 가능성이 제시됐다.

UNIST 전기전자공학과 김명수 교수 연구팀은 22일 산화 2차원 반도체 소재 기반 다기능 멤리스터 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다.

이번 소자는 고주파 신호 경로를 제어하는 RF 스위치와 행렬 연산 기능을 하나의 소자로 구현한 것이 특징이다.

멤리스터(Memristor)는 전원을 꺼도 저항 상태가 유지되는 비휘발성 특성을 가진 소자다. 연구팀은 이 특성을 활용해 신호 제어와 데이터 연산을 동시에 수행하는 구조를 구현했다.

이를 통해 신호를 다른 회로로 이동시키는 과정이 줄어들어 전력 소모와 지연 시간을 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.

또한 해당 소자는 한 번 설정된 상태를 유지하기 때문에 대기 전력 소모가 없는 구조다.

연구 결과, 스위칭 에너지는 약 140피코줄(pJ), 동작 전력은 1밀리와트(mW) 이하로 측정됐다.

소자는 67GHz 대역까지 고주파 신호 처리 성능이 검증됐으며, 4만 초 이상 상태 유지와 1,000회 반복 동작 안정성도 확인됐다.

또한 행렬 연산 기능을 이용해 1024-QAM 신호 복조와 다중 입력·다중 출력(MIMO) 신호 복원도 가능하다고 연구팀은 밝혔다.

해당 기술은 △6G 통신 △위성통신 △레이더 △방산용 전파 제어 시스템 등에 적용될 수 있다.

김명수 교수는 “RF 스위칭과 신호 연산을 동시에 수행할 수 있는 구조”라고 설명했다.

이번 연구 결과는 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 게재됐다.