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ASDCL
서울시립대학교 첨단융합학부 구민석 교수
Neuromorphic computing
RRAM memristor
volatil-nonvolatile synapse
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ASDCL

서울시립대학교 첨단융합학부 구민석 교수

ASDCL 연구실은 차세대 반도체 소자 및 회로, 첨단 메모리, 뉴로모픽 시스템 등 반도체 분야의 핵심 기술 개발에 집중하는 연구실입니다. 본 연구실은 3차원 나노스케일 트랜지스터, 이중 게이트 TFT, a-IGZO 기반 소자 등 다양한 나노소재와 구조를 적용한 반도체 소자의 설계, 제작, 분석을 수행하며, TCAD 시뮬레이션을 통한 최적화와 실제 공정 적용을 통해 고성능·고신뢰성 소자 기술을 확보하고 있습니다. 메모리 반도체 분야에서는 NAND 플래시, RRAM, PRAM 등 비휘발성 메모리 소자의 구조 혁신과 특성 향상, 그리고 인메모리 컴퓨팅(Processing-In-Memory, PIM) 기술 개발에 주력하고 있습니다. 커패시티브 커플링 기반 연산, 임베디드 플래시 메모리 로직 연산, 아날로그 및 디지털 PIM 매크로 등 다양한 인메모리 컴퓨팅 아키텍처를 제안하고, 실제 칩 제작 및 시스템 수준 검증을 통해 차세대 고성능 컴퓨팅 시스템 구현에 기여하고 있습니다. 뉴로모픽 시스템 연구에서는 인간 뇌의 신경망 구조를 모방한 시냅스 소자와 뉴런 회로의 설계 및 제작, 그리고 이들을 통합한 하드웨어 기반 인공지능 시스템 개발에 집중하고 있습니다. 스파이킹 뉴럴 네트워크(SNN), 스토캐스틱 뉴런, 패턴 인식 등 다양한 응용을 위한 하드웨어 구현과 온칩 학습 구조 개발을 통해 초저전력·고성능 인공지능 반도체 기술을 선도하고 있습니다. 이 외에도 본 연구실은 다양한 산학협력 및 국가 연구과제에 참여하며, 미래 반도체 산업의 패러다임 전환을 위한 원천 기술 개발에 앞장서고 있습니다. 연구실 구성원들은 국내외 학술대회 및 산업체와의 활발한 교류를 통해 최신 기술 동향을 반영하고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 혁신적 연구 성과를 창출하고 있습니다. ASDCL 연구실은 반도체 소자, 메모리, 뉴로모픽 시스템 등 다양한 연구 분야에서 축적된 경험과 전문성을 바탕으로, 미래 전자산업을 이끌어갈 차세대 반도체 기술의 발전에 기여하고 있습니다.

Neuromorphic computingRRAM memristorvolatil-nonvolatile synapseprocessing-in-memorycompute-in-memory
대표 연구 분야
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휘발성·비휘발성 공존 RRAM 시냅스 기반 뉴로모픽 및 광학/리저버 컴퓨팅 thumbnail
휘발성·비휘발성 공존 RRAM 시냅스 기반 뉴로모픽 및 광학/리저버 컴퓨팅
Neuromorphic and optical-enhanced reservoir computing using volatile-nonvolatile coexisting RRAM syn
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RRAM 시냅스 특성 향상을 위한 표면·구조 공정 제어 thumbnail
RRAM 시냅스 특성 향상을 위한 표면·구조 공정 제어
Process and structural engineering for enhanced RRAM synaptic characteristics
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커패시티브/플래시 기반 아날로그 PIM·CIM 뉴런 및 온칩 학습 하드웨어 thumbnail
커패시티브/플래시 기반 아날로그 PIM·CIM 뉴런 및 온칩 학습 하드웨어
Capacitive and flash-based analog PIM/CIM neuron circuits for on-chip learning
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
|
인용수 1
·
2025
Voltage‐Summation‐Based Compute‐in‐Memory Technology with Capacitive Synaptic Devices
Jung Nam Kim, Yong Woo Kim, Yong Woo Kim, Boram Kim, Doo‐Hyun Kim, Gil Sung Lee, Dong‐Hyuk Chae, Minkyu Je, Minsuk Koo, Yoon Kim, Yoon Kim
IF 6.7 (2025)
Advanced Intelligent Systems
Previous compute‐in‐memory (CIM) technologies use current summation for executing matrix–vector multiplication (MVM) operations and are gaining attention as next‐generation artificial intelligence (AI) computing systems. Despite their advantages, these technologies encounter significant difficulties, such as managing wide current ranges in large arrays, overcoming substantial “IR (current‐resistance)‐drop” issues, and integrating with complementary metal–oxide–semiconductor operating circuits. Herein, an innovative voltage‐summation‐based CIM (V‐CIM) technology is introduced; this technology represents a paradigm shift that employs capacitive coupling at a floating voltage summation node for MVM operations. By using a differential pair of input voltages (|Δ V |) with opposite signs relative to the reference voltage, the accumulated MVM results at the floating summation node cancel out, eliminating IR‐drop. Representing the MVM result as an analog voltage simplifies the neuron circuit design and significantly reduces energy consumption. V‐CIM technology is reported with two types of capacitive synaptic devices: read‐only and programmable. A prototype V‐CIM chip using read‐only capacitors is developed, demonstrating the superiority of V‐CIM in image classification applications. For programmable capacitive synaptic devices, a memcapacitor device based on logic‐compatible embedded flash memory is introduced. The work sheds light on ultralow‐power, highly integrated, and highly reliable AI computing systems based on CIM technology.
https://doi.org/10.1002/aisy.202500028
Computer science
CMOS
Voltage
Capacitor
Node (physics)
Capacitive coupling
Resistor
Electrical engineering
Voltage drop
Capacitive sensing
2
Article
|
인용수 0
·
2025
A Fully Integrated Analog Processing‐in‐Memory System Based on Charge‐Trap Flash Synapse Arrays and Successive Integration‐and‐Rescaling Neurons
S. Kim, Yeonwoo Kim, Yeonwoo Kim, Woo Young Choi, Minsuk Koo, Yoon Kim, Yoon Kim
IF 6.7 (2025)
Advanced Intelligent Systems
The increasing demands of data‐centric applications continue to expose the fundamental bandwidth bottleneck of the von Neumann architecture, where memory and computation are separated. Analog processing‐in‐memory (PIM) offers a promising pathway to overcome this limitation, and charge‐trap flash (CTF) synapses stand out as attractive candidates owing to their scalability, multilevel storage, and complementary metal‐oxide‐semiconductor (CMOS) compatibility. In this work, a hardware‐level analog PIM system is presented that integrates CTF synapse arrays, CMOS‐based wordline drivers, and a novel successive integration‐and‐rescaling (SIR) neuron circuit in a chip‐on‐board configuration. Unlike conventional neuron designs that rely heavily on analog‐to‐digital conversion, the proposed SIR neuron performs bit‐sliced accumulation entirely in the analog domain. This architecture not only minimizes analog‐to‐digital converter overhead but also achieves excellent linearity through input‐node stabilization and functional capacitor separation, thereby enhancing both computational accuracy and area efficiency. The fabricated system is validated through handwritten digit classification on the modified national institute of standards and technology dataset, achieving an accuracy of 72.93%, which is only 3.91 percentage points lower than the software baseline under identical precision. These results underscore the pivotal role of the SIR neuron in bridging device‐level innovations with system‐level integration, positioning CTF‐based analog PIM as a scalable and energy‐efficient platform for neuromorphic computing.
https://doi.org/10.1002/aisy.202501046
Neuromorphic engineering
Scalability
Bottleneck
Synapse
Von Neumann architecture
Overhead (engineering)
Bridging (networking)
Capacitor
Bandwidth (computing)
3
Article
|
·
인용수 33
·
2024
Implementation of 8-bit reservoir computing through volatile ZrOx-based memristor as a physical reservoir
Dongyeol Ju, Minsuk Koo, Sungjun Kim
IF 17.1 (2024)
Nano Energy
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109958
Bit (key)
Memristor
Reservoir computing
Materials science
Petroleum engineering
Engineering physics
Nanotechnology
Optoelectronics
Electrical engineering
Computer science
최신 정부 과제
3
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1
2023년 2월-2026년 1월
|580,000,000원
CMOS 로직 공정과 호환 가능한 memcapacitor 소자 및 전압 합산 기반 PIM 응용 시스템 개발
○ 최종 목표- 신개념의 memcapacitor 소자 및 어레이를 개발하고자 함. 개발하고자 하는 memcapacitor는 CMOS 로직 공정과 100% 호환 가능하여 상용 파운드리를 통하여 제작하고 검증할 예정임- 기존 memristor 기반의 PIM 기술들은 전류 합산을 통하여 인공신경망 연산을 수행하나, 본 과제에서는 개발된 memcapcitor를 바...
커패시티브 커플링
로직 공정 호환가능성
인공지능
멤커패시터
프로세싱 인 메모리
2
2021년 6월-2024년 2월
|133,683,000원
온칩 학습이 가능한 스토캐스틱 컴퓨팅 기반 스파이킹 인공신경망 구현
본 과제는 스토캐스틱 컴퓨팅 기반의 스파이킹 인공신경망 칩을 실제로 검증하고, 측정 결과를 바탕으로 성능을 높이기 위한 재설계를 수행하는 연구임. 연구 목표는 구현된 칩의 동작과 성능을 정밀 분석하고 회로 비이상성 원인을 찾아 개선하는 데 있음. 이를 위해 주변회로를 제작해 1차 칩과 2차 칩의 성능 검증 및 분석을 수행하고, MPW를 통해 재설계 칩을 tape-out하는 절차로 진행함. 기대 효과는 beyond 폰노이만 구조 기반의 고에너지 효율 AI 하드웨어 구현 가능성 확보와 엣지 디바이스용 시스템 반도체 경쟁력 강화에 있음.
스토캐스틱 컴퓨팅
스파이킹 인공신경망
온칩학습
뉴로모픽 컴퓨팅
3
2021년 5월-2024년 12월
|5,100,355,000원
전하저장형 메모리 기반 PIM 개발
본 과제는 eFlash 기반 PIM 기술을 활용하여 MNIST 수준의 이미지를 95% 이상의 정확도로 인지하는 실시간 고에너지효율 인공신경망 추론 칩을 개발하는 것을 최종 목표로 함. 특히 에너지 자원이 매우 한정적인 edge 또는 모바일 디바이스에 특화된 실시간 인공신경망 추론 시스템 구현을 위해 한 번의 추론 동작에 소모되는 에너지 소모량과 연산 시간을...
임베디드 플래쉬
프로세싱 인 메모리
저전력
인공신경망
추론
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2022용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템1020220019570
전체 특허

용량성 커플링 기반의 인공 신경망 시스템

상태
등록
출원연도
2022
출원번호
1020220019570
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
세계최초
차세대 AI 반도체, 전압 합산 PIM 기술로 패러다임 전환
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기업협력
삼성·SK하이닉스가 인정한 핵심연구실
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상용화성공
초저전력 AI 구현, 스파이킹 뉴럴 네트워크(SNN) 칩 개발 성공
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글로벌특허
3D 나노와이어 RRAM, 뉴로모픽 정확도 47% 향상
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기술파급력
세계적 수준의 아날로그 PIM 시스템 통합 역량
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삼성전자 플래시 설계팀 출신 교수가 이끄는 반도체 전문가 그룹
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