‘SoC 연구실(System On Chip Laboratory)’을 이끄는 노정진 교수는 오랜 시간 고집적·고성능의 CMOS SoC 개발과 함께 관련 인재 양성에 집중해왔다. 그간의 노력을 바탕으로 ‘고신뢰성 에너지용 지능형 시스템반도체 교육연구단’을 구성해 얼마 전 4단계 BK21 사업에 최종 선정되는 쾌거를 이뤘다. 연구실의 성과와 함께 사업 선정 과정에 대해 들어본다.

Q. 교수님께서 이끌고 계신 ‘SoC 연구실(이하 연구실)’을 소개해주세요. 
A. 2001년 9월 출범해 고집적·고성능의 CMOS SoC 개발에 힘쓰고 있습니다. CMOS는 반도체를 만드는 기술 중의 하나로, 현재 삼성전자와 SK하이닉스에서 적용하고 있는 기술입니다. 우리 연구실은 크게 고성능 ADC(Analog-to-Digital Converter) 구현을 위한 델타-시그마 방식의 변환기 연구와 고효율 파워회로 연구를 수행합니다. 20여 년간 11명의 박사와 35명의 석사를 배출했고, 모두 삼성전자와 SK하이닉스, LG 등의 메모리 사업과 시스템 반도체 사업 분야에서 전문가로 활약하고 있습니다. 현재는 15명의 대학원생(박사과정 9명, 석사과정 6명)과 함께 연구를 진행하고 있습니다.

Q. 연구실에서 진행하고 있는 고성능 ADC 연구란 무엇인가요? 
A. 최근 스마트 워치 등의 웨어러블 기기의 발달과 함께 질병의 자가진단을 위한 소형화 의료기기에 관한 토토사이트 지바겐가 활발합니다. 호흡, 압력, 맥박, 체온 등 신체에서 발생하는 생체신호 이상을 감지해 신속하게 조치하고, 환자의 건강 상태를 주기적으로 점검해 질병을 예방할 수 있지요. 이러한 토토사이트 지바겐의 핵심이 되는 분야가 바로 센서입니다. 정확한 고정밀 센싱이 필요합니다. 아울러 외부 환경 변화에 민감하지 않고 안정성이 보장되어야 하며 이동성과 편의성 그리고 비용 또한 고려해야 합니다. 이를 구현하기 위해서는 고해상도 ADC 설계가 필수입니다. 토토사이트 지바겐실에서는 저주파 생체신호를 정밀하게 감지해내기 위해 고해상도 설계에 특화된 델타-시그마 ADC 구조 토토사이트 지바겐를 진행하고 있습니다.

Q. 파워회로 설계와 관련한 연구도 소개해주세요. 
A. 다양한 시스템에 들어가는 파워를 고효율로 제어하는 지능형 시스템 반도체 연구인데요. 파워회로 설계에서는 고효율의 파워공급 시스템을 설계하는 것이 가장 중요합니다. 일반적으로 배터리를 전압원으로 쓰는 시스템에서는 효율이 높을수록 더 오랜 시간 배터리를 사용할 수 있기 때문입니다. 이와 연계하여 현재 각광받는 전기차, 자율주행차의 전장부품들 특히 지능형 헤드라이트를 제어하는 파워컨트롤러 연구를 진행하고 있습니다. 

Q. 지능형 반도체의 현황과 전망이 궁금합니다.
A. 세계 반도체 시장에서 시스템 반도체(비메모리 반도체)는 대한민국에서 주도하는 메모리 반도체보다 훨씬 큰 사업 규모를 가지고 있습니다. 시스템 반도체 시장 규모 중 지능형 반도체는 2040년까지 지속적인 성장 가능성을 보여주고 있습니다. 지능형 반도체는 필수적으로 전력의 시스템 요구에 맞게 배분하는 기능과 고효율로 전력 변환하는 기능을 수행해야 합니다. 이를 통해 모바일, 자동차, 로봇, AI 및 클라우드 기반 스마트 빌딩 관리 등의 전 산업 분야와 연계되어 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 

Q. 그간 거둔 연구실의 성과가  상당할 것 같습니다. 
A. 고집적·고성능 회로설계 기술 개발과 관련해 한국반도체설계대전에서 작년과 올해 특허청장상과 기업특별상을 수상했습니다. 또 기업과의 협력을 통해 차량용 헤드라이트를 제어하는 파워컨트롤러 설계를 성공적으로 진행했고, 이와 관련해 다양한 특허와 논문을 제출했습니다. 그 밖에 여러 기업과 연계해서 차세대 메모리용 전력 반도체를 설계하고 있습니다. 2020년 하반기부터 2025년까지 삼성전자와 연구계약을 체결해 전략산학연구실로 지정되기도 했고요. 
개인적으로는 반도체 회로설계 분야에서 80건 이상의 국내외 특허를 보유하고 있고, 관련 분야 저널에 100편 이상의 논문을 발표했습니다. 반도체 연구 성과와 함께 다양한 산학협력 연구를 통한 기술이전, 관련 인력 배출도 큰 성과로 꼽을 수 있습니다. 이를 통해 국내 반도체 기업이 세계 1, 2위를 차지하는 데 어느 정도 역할을 했다고 자부합니다. 

Q. ‘고신뢰성 에너지용 지능형 시스템반도체 교육연구단’을 구성해 얼마 전 4단계 BK21 사업에 최종 선정됐습니다. 
A. 4단계 BK21 사업은 2020년 9월부터 2027년 8월까지 7년간 단계별로 진행됩니다. 대학원생들이 학업과 연구에 전념할 수 있도록 연구장학금, 신진연구인력 인건비 등을 지원하는 연구인력 양성 사업이지요. 대개 정부 과제가 1~2년, 길어야 4~5년 진행되는 것을 감안하면 이번 선정이 갖는 의미가 큽니다. 학생들과 함께 한 분야에 대해 큰 안목을 가지고 안정적으로 연구할 기회를 얻은 셈입니다. 
우리 교육연구단에는 총 열한 분의 전자공학부 교수님과 연구실이 참여합니다. 미래 에너지 연구를 위해 전통적인 신뢰성 기술에 인공지능 기술을 융합해 에너지시스템에서 지능형 반도체까지 종합적으로 연계되도록 구성했습니다. 인공지능, 에너지시스템, 시스템 반도체 교과목을 체계적으로 공부한 학생들이 이를 융합하는 미래 지향적 엔지니어로 성장하리라 기대합니다. 

Q. 사업 선정을 위해 어떻게 준비하고 노력하셨는지 궁금합니다. 
A. 지난해부터 교육연구단의 미래 발전 방향을 논의하기 위해 교수님들과 꾸준히 협의했고, 올해 1월부터 본격적으로 준비했습니다. 거의 매주 회의를 진행했어요. 소규모 오프라인 미팅과 온라인 비대면 논의 등 크고 작은 워크숍, 토론회를 꾸준히 진행하면서 공감대를 형성했습니다. 에너지시스템과 지능형 반도체를 모두 잘 이해하는 엔지니어를 양성하기 위해서는 연구실 간 상호 이해와 협력이 매우 중요합니다. 이를 위해 많은 시간과 노력을 기울였습니다. 

Q. 향후 연구실 운영 계획 및 목표를 말씀해주세요. 
A. 차량용 반도체 이슈가 커지는 만큼 자율주행차의 에너지 공급과 관련된 회로 토토사이트 지바겐를 계속해서 진행할 예정입니다. 국내외적으로도 설계 경험이 있는 토토사이트 지바겐실이 손에 꼽힐 정도로 희소성이 있는 데다 토토사이트 지바겐실의 가치를 높일 수 있는 토토사이트 지바겐 분야이기 때문입니다. 이와 동시에 산학협력 과제로 진행 중인 90% 이상의 효율을 갖는 메모리용 전력 반도체 토토사이트 지바겐에도 박차를 가하고, 고해상도 ADC 토토사이트 지바겐도 꾸준히 진행해나갈 계획입니다. 델타-시그마 ADC 구조 토토사이트 지바겐를 통해서 현존하는 기술보다 더욱 정밀하게 생체신호를 감지할 수 있는 센서를 개발해 많은 사람의 삶의 질을 높이는 데 기여하고 싶습니다.

글 오인숙 | 사진 손초원 | 자료 노정진 교수