미래를 여는 힘, 집적회로 설계 기술로 과학의 혁신을 이끌다
성균관대학교 집적회로설계연구실 이강윤 교수

우리가 일상생활에서 사용하는 핸드폰, TV, 컴퓨터 등 거의 모든 전자기기에는 집적회로(IC)가 들어있다. 전자공학에선 없어서는 안 될 가장 중요한 전자부품인 집적회로 기술의 발전은 전자기기의 소형화·저전력화를 이끌며 인류의 삶을 더욱더 편리하고 간편하게 만들어주고 있다.

이론과 실무가 조화된 우수 인력 양성에 주력
‘집적회로(IC: Integrated Circuit)’란 하나의 반도체 기판 위에 다수의 능동소자 및 수동소자가 서로 분리될 수 없는 구조로 결합되어 있는 초소형 구조의 복합적 전자소자 또는 시스템을 말한다. 크게 아날로그와 디지털로 분류될 수 있는 집적회로 분야 중 아날로그 집적회로에 대한 연구와 전문화된 설계 엔지니어를 양성하고 있는 곳이 바로 성균관대학교 집적회로설계 연구실(SKKU Integrated Circuit Lab, 이하 SKKU IC Lab)이다. 

현재 연구교수 1명, 박사 과정 14명, 석사 과정 17명, 학부 연구원 3명이 연구에 매진하고 있는 SKKU IC Lab은 아날로그 집적회로(Analog IC), RF 집적회로(RF IC), 전력용 집적회로(Power IC), 혼성신호 집적회로(Mixed Signal IC)를 주요 연구 분야로 삼고 있다. 연구실을 이끌고 있는 이강윤 교수는 “집적회로 설계 분야는 이론과 실무의 조화가 매우 중요합니다. 교과서나 논문에 나온 회로들을 그대로 구성하는 것으로는 우수한 성능을 얻을 수 없기 때문에 실제 설계와 제작을 통한 실무 경험을 쌓는 것이 무엇보다 중요합니다. 이에 저희 연구실은 관련 산업체와의 긴밀한 산학협력을 통해 학생들이 설계 및 제작, 상용화에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 돕고 있으며, 이를 바탕으로 이론과 실무를 겸비한 집적회로 설계 엔지니어를 양성하는 것을 목표로 삼고 있습니다.”라고 설명했다.

SKKU IC Lab에서는 ▲ 자기공진 및 자기유도 방식을 이용한 스마트폰 및 IoT/Wearable 기기용 고효율 급속 무선충전 IC 설계 ▲ IoT/Wearable 기기를 위한 초저전력 Bluetooth Low Energy (BLE) RF 송수신기 설계 ▲ 원격 검침용 Smart Utility Network (SUN) 및 Underground Safety (UGS)용 RF 송수신 IC 설계 ▲ IoT/Wearable 기기용 통합 에너지 하베스팅 (RF, 압전, 마찰전기) IC 설계 ▲ 5G용 고성능, 고주파 위상동기루프 (Phase-Locked Loop) 설계 ▲ IoT/Wearable 센서 신호처리를 위한 저전력 아날로그 IC 연구 ▲ 자동차용 센서 신호처리를 위한 고신뢰성 아날로그 IC 연구 ▲ 고해상도 ADC/DAC 등의 데이터변환기 설계 ▲ 아날로그 집적회로에 국한되지 않고 송수신기를 제어하는데 필요한 알고리즘과 디지털 집적회로 및 아날로그 회로와 디지털 회로를 단일 칩에 최소의 면적으로 집적하는 SoC 연구 등 다방면에 대한 연구를 수행하고 있다.

세계를 선도하는 반도체 강국을 꿈꾸다
SKKU IC Lab에서는 최근 전력용 IC 및 아날로그/RF IC에 대한 연구에 주력하고 있다. 그리고 관련 산업체와 함께 Power IC 설계에 대한 공동연구를 진행하고 있기도 하다. 이 교수는 “현재 연구실에서는 WPC/PMA/A4WP 무선충전 IC, 초저전력 BLE 송수신기, 센서 신호처리 IC를 연구 개발하고 있으며, 기업에서는 설계된 회로를 바탕으로 상용화를 준비하고 있습니다.”라고 밝혔다. 또한 연구실은 최근 반도체 공정이 100nm급 이하의 미세 공정으로 제작되는 추세에 맞춰 전통적인 아날로그 송수신기를 디지털 방식으로 구현하기 위한 연구를 활발히 진행 중이며, 이에 관련된 다수의 국제 특허를 출원하고, SCI 논문을 제출하기도 했다. 그밖에도 SKKU IC Lab은 KETI, ETRI와 같은 국책 연구소와 공동연구를 활발히 진행하고 있으며, 차세대 에너지 보급기술 중 하나인 에너지 하베스팅 기술, 5G 통신을 위한 고성능 위상동기루프 설계 기술, 그린 에너지 및 스마트 그리드를 구현하기 위한 저전력 회로 및 송수신기에 대해서도 연구하고 있다. 

대한민국 시스템반도체산업 분야의 발전과 전문 설계인력 양성에 매진해온 이강윤 교수는 이 같은 성과를 인정받아 지난해 열린 ‘제8회 반도체의 날’ 행사에서 산업통상자원부 장관 표창을 수상했다. 또한 2016년도 ICEIC Best paper award 및 반도체 학술대회 동부하이텍상, 2015년도 제16회 반도체 설계대전 특별상, 2015년도 SoC 학술대회 우수발표 논문상, 2014년도 대한전자공학회 추계학술대회 공로상, 2012년과 2010년에 RF 집적회로 기술워크숍 Best Paper Award과 대한전자공학회 논문상 등 다양한 상을 수상한 바 있다.

이 교수는 “모든 연구 분야가 마찬가지이겠지만, 집적회로 설계 분야는 특히나 단시간 내에 이론과 실무를 완벽하게 익히는 것이 어려운 분야입니다.”라며, “원하는 레벨의 실력이 빨리 쌓이지 않는다고 해서 조급해하지 말고, 인내심을 갖고 꾸준히 경험을 쌓으며 연구에 매진하다보면, 어느 순간 제대로 된 설계를 스스로 할 수 있는 레벨에 도달할 수 있으리라 생각합니다.”라고 연구원들에게 조언의 말을 남겼다. 또한 이에 덧붙여 “앞으로 반도체 산업은 고부가가치 산업으로서 계속해서 발전할 것이고, 더욱 치열한 경쟁이 전망되고 있습니다. 저희 SKKU IC Lab에서 실력을 갈고닦은 학생들이 사회 곳곳에 필요한 인재로서 그 가치를 꽃피우고, 세계 첨단 반도체 기술을 선도할 리더가 될 수 있도록 최선을 다하고자 합니다.”라고 말했다. 세계 반도체 회로 시장을 향한 대한민국의 도전에 SKKU IC Lab이 든든한 도약대가 되어주기를 기대한다. 

▲ 2015년 반도체의날 산업통상자원부장관표창

Integrated circuit designing, the power to open the future 
Prof. Lee Kang-Yoon of Integrated Circuits Lab at Sungkyunkwan University

Fostering talents in harmony between theory and practice
An integrated circuit (IC) is a set of electronic circuits on one small substrate ("chip") of semiconductor material, normally silicon, and it can be divided into analogue IC and digital IC in broad terms. Specialized in analogue IC, Sungkyunkwan University's Integrated Circuit Lab (SKKU IC Lab) has been actively fostering talented students in the field. The lab consists of 1 research professor, 14 PhD course students, 17 master's course students and 3 researchers of the faculty. The main research areas of the lab include Analog IC, RF IC, Power IC and Mixed Signal IC. The leader Prof. Lee said "The harmony between theory and practice is very important in the field. This is because the theory explained on the textbooks alone cannot realize the innovative performance but building practical experience alongside the theory can make it possible. That's why we are closely working in cooperation with related industries covering from designing and production to commercialization." The main R&D subjects of the lab are as follows; 1) Designing high speed wireless recharging IC for IoT/wearable devices 2) Designing a Bluetooth Low Energy (BLE) RF transceiver 3) Designing RF transceiver IC for remote Smart Utility Network (SUN) and Underground Safety (UGS) 4) Designing integrated energy harvesting RF IC for IoT/wearable devices 5) Designing high performance, high frequency Phase-Locked Loop for 5G Communication System 6) Research on low power analog IC for processing IoT/wearable sensor signals 7) Research on highly reliable analog IC for processing vehicle sensor signals 8) Designing high resolution data converter ADC/DAC 9) Research on SoC that can integrate both analog and digital ICs in one single chip on the minimal area.

Dreaming of leading a global semi-conductor industry of Korea
Currently, SKKU IC Lab is directing its course of R&D on Power IC and Analog/RF IC alongside a joint-research on Power IC designing with the industry. Leader Prof. Lee said "It is our part to develop WPC/PMA/A4WP wireless recharging IC, super low electric power BLE transceiver and sensor signal conditioning IC and then our partner company prepares for commercialization of the development. We are also working on turning the analog transceiver to digital and have already applied for an international patent and published a SCI paper. In addition, we are working in cooperation with national research institutes like KETI and ETRI for joint research." Thanks to his contribution to the semi-conductor industry of Korea and human resource development, Lee received Ministerial Citation from the Ministry of Trade, Industry and Energy on 8th Semi-conductor Day. He also received numerous prizes including 2016 ICEIC Best Paper Award & Semi-Conductor Symposium Dongbu HiTek Prize, 16th Semi-Conductor Design Contest in 2015 (special prize), SoC Symposium in 2015 (excellent paper), achievement award at Autumn Symposium of the Institute of Electronics and Information Engineers in 2014 and the best paper award at RF IC Technology Workshop in 2010 and 2012. Prof. Lee said "It is difficult to build theory and knowhow in a short period of time in the IC designing field. We need passion for innovation and consistency for achieving the goal." He added "The semi-conductor industry will keep advancing and the competitions will be fiercer. But if we, the SKKU IC Lab, stick to our guns and keep making ourself thirst for creative technology, we can surely lead a powerful global semi-conductor industry of Korea."