싱가포르 국립대학(National University of Singapore. 이하, NUS)과 인도과학육성협회( Indian Association for the Cultivation of Science), 휴렛패커드, 리머릭 대학(University of Limerick), 오클라호마 대학(University of Oklahoma), 텍사스 A&M 대학 공동연구팀이 혁신적인 메모리 재구성성을 가진 새로운 분자 멤리스터(Molecular Memristor), 즉 전자 메모리 장치를 개발했다.

고정된 표준 회로와 달리, 이 분자 소자는 전압을 사용하여 다양한 계산 작업을 위해 재구성할 수 있다. 컴퓨팅 파워와 속도를 향상시킬 수 있는 에너지 효율적인 신기술은 엣지 인공지능(AI)과 컴퓨팅뿐만 아니라 제한된 전력 자원을 가진 휴대용 장치 및 다양한 애플리케이션에도 사용될 수 있다.

연구를 주도한 NUS 물리학과 아리안도(Ariando) 부교수는 “이 작업은 저에너지 컴퓨팅을 설계하려는 우리의 노력에 있어 매우 중요한 지표입니다. 단일 요소에서 다중 스위칭을 사용한다는 아이디어는 인간의 두뇌가 작동하는 방식에서 영감을 받아 논리 회로의 설계 전략을 근본적으로 재구성 한 것입니다.”라고 강조했다.

또한 "이 새로운 소자는 프로세서에서 메모리 스토리지의 물리적 분리로 인해 많은 디지털 기술에서 볼 수 있는 계산 처리를 지연시키는 폰 노이만 병목 현상을 극복하기 위한 정교한 인메모리 컴퓨팅 접근 방식으로서 엣지 컴퓨팅의 발전과 향상된 계산 능력과 속도를 가진 차세대 처리 칩을 설계하는 데 혁신적으로 기여할 것입니다"라고 말했다.

특히, 인간의 뇌에서 연결이 유연하고 적응하는 것과 마찬가지로, 연구팀의 메모리 장치는 단순히 인가된 전압을 변경함으로써 또 다른 계산 작업을 위해 즉시 재구성될 수 있다. 게다가, 신경세포가 기억을 저장할 수 있는 것처럼, 이 장치도 미래의 검색과 처리를 위한 정보를 저장하고 유지할 수 있다.

NUS의 수석 연구 과학자이자 이전에 인도과학육성협회 교수였던 스리브라타 고스와미(Sreebrata Goswami) 박사는 리간드(ligands)라고 불리는 유기 분자에 결합된 중심 금속 원자를 가진 페닐 아조 피리딘(phenyl azo pyridines) 계열의 분자 체계를 개념화하고 설계했다.

고스와미 박사는 "이 분자들은 전자 스펀지와 같아서 무려 6개의 전자 전달을 제공하여 5개의 다른 분자 상태를 만들어 낼 수 있습니다. 이러한 상태 간의 상호 연결성이 장치를 재구성할 수 있는 비결입니다"라고 설명했다.

이 분자 메모리 장치는 금의 최상층과 금이 주입된 나노디스크 및 인듐 주석 산화물의 최하층 사이에 끼워진 40나노미터 분자 필름 층으로 구성된 작은 전기 회로를 만들었다. 음의 전압을 인가했을 때 하나의 고정 전압에서만 켜지고 꺼지는 기존의 금속 산화물 멤리스터와 달리 이 유기 분자 소자는 여러 개의 개별 순차적 전압에서 켜기-끄기 상태 사이를 전환할 수 있다.

결론적으로 연구팀은 이 분자 메모리 장치를 사용하여 다양한 실제 컴퓨터 작업을 위한 프로그램을 실행했다. 그들의 기술이 한 번에 복잡한 계산을 수행할 수 있다는 것을 증명했으며 또 다른 작업을 수행하도록 즉시, 재프로그래밍될 수 있었다. 개별 분자 메모리 장치는 수천 개의 트랜지스터와 동일한 계산 기능을 수행할 수 있어 기술을 보다 강력하고 에너지 효율적인 메모리 옵션으로 만들 수 있다.

이 연구 결과는 네이처(Nature)에 '분자 멤리스터 내의 의사 결정 트리(Decision trees within a molecular memristor-보기)'이란 제목으로 지난 1일 게재됐다.