정부는 4대 나노 챌린지 프로젝트를 통해 인공지능 수준의 초저전력 미래 반도체, 생체 삽입·부착형 나노바이오소자, 1회 충전으로 서울과 부산을 왕복할 수 있는 전기자동차 전지 같은 초고용량 차세대 이차전지, 신개념혁신 소재 등 이처럼 산업 파급력이 큰 기술을 `4대 챌린지 프로젝트`로 추진한다.
GIST 이병훈 교수(신소재공학부)가 정부가 산업 파급력이 큰 기술을 개발하기 위해 추진하는 '4대 챌린지 프로젝트'에서 '초저전력 미래 반도체 기술개발 사업'의 예비타당성조사 기획책임자를 맡아 사물인터넷 기반 사회를 위한 반도체 기반 기술 개발에 나선다.
또한 ‘4대 챌린지 프로젝트’는 제4기 나노기술종합발전계획의 중점 투자 방향을 가늠할 수 있는 대형 국책 연구개발(R&D) 과제다. 지능·정보화, 고령화, 친환경 등 미래 사회 화두가 반영됐다. 과제 대부분이 10여년 후 먹거리를 내다본 장기 과제인 것이다.
이번 이병훈 교수가 예타 기획책임자를 맡은 초저전력 미래 반도체 개발 사업은 사물인터넷(IoT) 기반 사회에 대비한 반도체 기반 기술을 확보하는 과제다. 소모 전력이 현재의 1000분의 1 이하, 메모리 저장 능력·정보 처리 속도는 100배 이상 향상된 나노 정보 처리 소자를 개발한다.
빅데이터, 클라우드 컴퓨팅, 가상현실(VR), 인공지능(AI)이 보편화되면 기존의 반도체 기술로는 감당하기 힘들다. 대용량 데이터를 효율 높게 처리하려면 초고성능, 초저전력 반도체 개발이 불가피하다.
미국과 유럽은 이미 신개념의 초저전력, 고성능 소자 개발에 착수했다. 메모리 반도체 산업을 확장하고 있는 중국의 추격을 따돌리기 위해서라도 공격적 R&D가 필요하다. 주기억장치, 중앙처리장치(CPU), 입출력장치 3단계로 구성된 기존 폰노이만 구조의 성능 개선은 조만간 한계에 부닥칠 전망이다.
반도체 소재와 논리 구조를 완전히 바꿀 방법으로 나노 기술이 지목됐다. 뇌신경모방(뉴로모픽), 자기재구성 소자 등 기반 기술부터 시제품, 기술 이전까지 단계별 목표를 수립해 추진한다. 올해에만 예산이 50억원 투입되고 내년도 예산 확보를 위해 예비타당성 조사를 실시한다.
또한 생체 삽입·부착형 나노 바이오 소자는 소자부터 공정, 모듈화 기술까지 일괄 개발한다. IoT 기반의 바이오 신산업을 이끌 핵심 부품으로 평가된다. 센서, 배터리, 무선통신 기능이 적용된 멀티레이어 유연 소자, 유연 나노 공정 시스템 등 개발이 목표다.
곡면 적용이 가능하고 생체 부작용이 없는 유연 신소재 기판이 선행 개발돼야 한다. 기술의 다양성과 임의성을 고려, 단계별로 수요를 분석한다. 역시 예타 과정을 거쳐 내년부터 2025년까지 R&D 과제가 추진된다. 스마트 질병 센싱 기술, 렌즈용 멀티플렉싱 센싱 소자, 임의 형상 나노 박막 코팅 기술, 초소형 박막 배터리 소자 기술 등이 개발 목표로 제시됐다.
초고용량 차세대 이차전지는 미래 친환경차 에너지원을 위한 개발 과제다. 리튬이온 소재 기반으로 경제성 확보에 한계가 있을 것으로 판단했다. 다양한 신소재를 물색하는 만큼 소재에 따라 구조·공정이 달라질 수 있다. 개별 기술이 아닌 전지를 구성하는 전체 시스템 단위의 R&D를 추진한다. 내년부터 다부처 공동기획 사업으로 추진하기 위해 세부 기획 작업에 들어갔다.
신개념 혁신 나노 소재 개발은 시장 진입에 긴 시간이 소요되는 산업 특성을 고려, 독립된 연구로 추진한다. 최종 목표를 중심으로 소재 탐색·개선, 소자 설계, 공정 개선을 통합 추진하는 나머지 3개 과제와는 체계가 다르다. 국방용, 초고성능 컴퓨팅, 청정에너지, 생체모방 등 소재 혁신이 필요한 분야에서 원천 특허 신소재 28개 개발이 목표다. 2024년까지 3066억원을 투입, 미래 소재 디스커버리 사업을 중심으로 28개 연구단을 운영한다.
