은퇴 앞둔 석학 교수와 융합 연구…세대를 뛰어넘다!

KAIST 전기 및 전자공학부 안승영 교수, 김경민 교수, 김경호 교수(사진 왼쪽부터)

■ "30여 년 걸어온 공학자로서의 제 꿈을 이룰 수 있는 것 아닌가요?"

은퇴를 3년여 앞둔 60대 정년 후 교수인 KAIST 전기및전자공학과 김정호 교수가 40대 젊은 두 후배 교수들과의 협업 연구를 시작하며 밝힌 첫 소감 인사입니다.

김 교수는 고성능 반도체 설계 및 인공지능 공학 설계(AI-X) 분야의 대표적인 석학으로 전 세계적으로 독창성을 인정받는 시스템반도체 패키징 분야의 5I 융합 설계 원천기술을 유일하게 보유하고 있습니다.
김 교수는 오랜 시간 축적해온 학문적 성과와 노하우를 이어가기 위해 후배 교수와 협업하는 '초세대 협업연구실'에 선정돼 ‘KAIST 시스템반도체 패키징 연구실’의 책임교수를 맡았는데, KAIST 조천식모빌리티대학원 안승영 교수와 신소재공학과 김경민 교수가 참여교수로 협업합니다.

안승영 교수는 자율주행 자동차, 드론, 위성, 국방, 초소형 의료기기 등 다양한 시스템에 적용되는 초고속 반도체 집적회로 패키징과 시스템의 전자파 간섭 및 전자파 적합성에 관한 연구를 수행해왔고, 김경민 교수는 자연과학, 재료공학, 전자공학을 기반으로 인간의 뇌를 모방한 시스템반도체용 저항성 메모리 연구 분야에서 경력을 쌓았으며, 최근에는 인공지능 반도체 소자 패키지 분야를 중점적으로 연구하고 있습니다.

김정호 교수는 " 3차원 반도체 패키징, 특히 인공지능에 쓰이는 컴퓨터를 위해서는 설계 기술이 굉장히 중요한데, 지난 30년 간 신호선 전력선 이런 설계를 계속해왔기 때문에 이런 자산을 후배 교수를 통해서 또 그 학생들을 통해서 이어가고 싶다. 그리고 그동안 연구가 축적되다 보니까 굉장히 아이디어가 넘쳐나기 때문에 공동 연구를 할 수 있다면 제 공학자로서의 꿈을 이룰 수 있는 것이 아닌가 생각한다"고 말합니다.

시스템반도체 3차원 패키징 연구실 선후배 교수 3인방

■ 은퇴 앞둔 석학 교수와의 협업.. 세대를 뛰어넘는 차세대 융합 연구

이들은 세대를 뛰어넘은 연구 협력을 통해 ‘시스템반도체 패키징’ 기술을 심화·발전시켜 나갈 예정입니다. 이를 기초로 국내 시스템반도체 산업 경쟁력을 한 단계 높이는 것이 목표입니다.

‘시스템반도체 패키징’은 그동안 분리해 사용돼 온 프로세서와 메모리를 하나의 반도체 안에 3차원적으로 집적하는 기술로, 인공지능의 학습 계산 능력을 현저하게 높이고 동시에 전력 소모는 줄이는 첨단 기술입니다.
기존 ‘반도체 무어의 법칙’을 이어가는 초격차 기술이자 미래 인공지능 시대를 가능케 하는 기술인데, 특히 김정호 교수가 주도하는 초세대 협업연구실은 이 분야 세계 최고의 연구실로 꼽히고 있습니다.

3차원 집적 패키징 기술은 슈퍼컴퓨터와 초대형 데이터 센터의 고성능 서버, 자율주행 자동차 등에 사용되는 차세대 인공지능 반도체의 핵심 기술로, 각종 인공지능 서비스와 메타버스와 같은 고부가가치 플랫폼을 구현하기 위해서는 반드시 확보해야 하는 경쟁력 중 하나로 꼽힙니다. 3차원 고성능 이종집적 패키징(3D High Performance Heterogeneous Computing Packaging) 원천기술을 바탕으로 고성능·저전력·다기능 시스템을 구현하고, 특히 이 전체 설계 과정을 인공지능 기계학습 방법으로 자동화할 계획입니다.
나아가 인공지능 컴퓨터, 양자 컴퓨터 , 더 미래에는 뇌 컴퓨터까지 연구할 계획입니다.

김정호 교수와 꼭 20살 차이가 나는 김경민 교수는 "김정호 교수님이 기존에 연구하셨던 경험들을 많이 배울 수 있고, 또 산업계나 외국의 많은 기업들과의 공동교류를 하시고 계시기 때문에 그런 경험들을 배우면 신진 교수들에게는 큰 도움이 될 수 밖에 없다"며 선배 교수와의 협업에 대한 기대감을 나타냈습니다.

KAIST 화학과 한순규 교수, 장석복 교수, 박윤수 교수(사진 왼쪽부터)

■ 8년 연속 전 세계 가장 영향력 있는 학자... "이름 딴 '장·한·박' 촉매 개발이 목표"

KAIST에서 또 다른 초세대 협업연구실로 선정된 ‘유기반응 및 합성연구실’은 장석복 화학과 교수가 책임교수를 맡고 같은 학과의 한순규, 박윤수 교수가 참여합니다.

전이금속 촉매를 이용한 합성 방법 개발 분야의 세계적 권위자인 장석복 교수는 2015년부터 8년 연속으로 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(Highly Cited Researcher)에 선정됐으며, 2012년부터 기초과학연구원 (IBS) ‘분자활성 촉매반응 연구단’을 이끌고 있습니다.

한순규 참여교수는 복잡한 구조와 다양한 생리활성을 가지는 천연물 화학합성 분야의 전문가로 한 교수 연구실은 세큐리네가 알칼로이드 합성 분야에서 세계 학계를 이끌어가는 선두그룹으로 평가받고 있고, 박윤수 참여교수는 유기화학과 무기화학 두 분야를 모두 전공했으며 물리유기 및 금속화학 분야의 촉망받는 신진 연구자입니다.

장석복 교수는 "속도가 빠르고 선택적이면서도 화학 폐기물의 발생을 최소화하는 지속가능한 합성법을 개발하고 이를 신약 개발을 위한 천연물 합성 및 기능성 유기분자의 생산 공정에 적용하는 등 의약·재료·화학·바이오 산업 전반에 파급력 있는 반응방법 및 혁신적인 전합성을 개척하는 것이 목표" 라고 소감을 밝혔습니다.

장 교수의 높은 통찰과 오랜 시간 구축해온 중요 실험 장비를 적극적으로 활용하면서 박윤수 교수가 보유한 물리유기화학적 실험 기법들을 적용해 새로운 화학 반응을 개발한 뒤, 이를 한순규 교수가 실제 천연물 합성 조건에 적용해 증명하는 방식으로 협업을 진행할 예정입니다.

올해 31살인 새내기 박윤수 교수는 " 유기화학 분야에서는 개발자의 성명을 따서 새로운 네임 리액션을 붙이는 전통이 있는데, 이번에 저희가 궁극적으로는 '장·한·박'의 이름을 딴 새로운 반응과 촉매를 개발하는 게 목표"라고 힘찬 포부를 밝혔습니다.

■ KAIST 초세대 협업연구실 총 9곳... 딸기우유 붉은 색소 '연지벌레'서 추출 등 성과 내

KAIST는 세대를 이어 지속 가능한 연구혁신을 추구할 연구실을 발굴하기 위해 2022년 9월부터 BFO추천위원회(The Best, the First, the Only)의 추천과 공개 공모 절차를 거쳐 초세대 협업연구실을 선발해왔습니다.

▴연구의 독창성·차별성·탁월성 ▴학술·사회·경제적 효과 ▴초세대 연구의 필요성 ▴책임교수의 학문적 우수성 및 국제적 인지도 ▴참여교수의 비전 및 연구계획 등의 기준을 바탕으로 선정하는데 해당 연구실에는 5년간 총 5억 원의 운영비가 지원됩니다.

2018년 첫 초세대 협업연구실로 선정된 이상엽 교수 연구팀의 ‘시스템 대사공학 및 시스템 헬스케어 연구실’에서는 딸기우유 같은 식품이나 화장품 등에 활용되는 붉은색 천연색소인 카르민산을 미생물을 이용해 생산하는 기술을 2021년 개발했습니다. 한정된 지역에서만 서식하는 ‘연지벌레’에서 복잡하고 비효율적인 단계를 거쳐 추출해야 하는 기존의 방법에 대해 혁신적이고 효과적인 해결책을 제시한 성과입니다.

또, 2019년 선정된 이용희 물리학과 교수 연구팀의 ‘나노포토닉스 연구실’은 서민교 참여교수의 주도로 자기장에 의해 자발적으로 생성되고 동역학적 움직임을 보이는 빛 소용돌이(optical vortex)를 구현하는 연구를 최초로 시도해 성공했으며, 그 과학적 가치를 인정받아 지난해 10월 국제 학술지 `네이처(Nature)' 온라인 판본으로 출판했습니다.

신규 선정된 ‘유기반응 및 합성연구실’ 책임을 맡은 장석복 교수는 “다양한 시행착오를 거치며 일군 연구실 시스템을 후속 세대가 디딤돌로 삼을 수 있으면 좋겠다는 생각이 있었는데, 이번에 설립되는 초세대 협업연구실을 통해 유기합성 분야의 중요하고 파급력 있는 문제를 창의적으로 풀어나가기를 희망한다”라고 소감을 밝혔습니다.

또 ‘KAIST 시스템반도체 패키징 연구실’의 김정호 책임교수는 “우리나라가 진정한 반도체 강국으로 자리 잡기 위해 꼭 필요한 시스템반도체 패키징 분야에 특화된 연구를 실현해 국내 반도체 산업의 초격차 경쟁력 제고에도 힘을 보탤 것”이라고 말했습니다.