通过热处理控制导电细丝，在单一RRAM阵列中同时实现硬件安全与存内计算
研究成果发表于国际权威期刊《Advanced Functional Materials》

 

高丽大学世宗校区（副校长 梁智雲）智能半导体工程学科金成俊（音）教授、黄成敏（音）教授研究团队成功开发出一种基于阻变随机存取存储器（Resistive Random Access Memory，RRAM）的新一代半导体器件，可在同一存储阵列中同时实现基于物理不可克隆函数（Physically Unclonable Function，PUF）的硬件安全功能和存内计算（In-Memory Computing，IMC）。

 

该研究对于同时要求高安全性与高计算效率的新一代边缘人工智能（Edge AI）及物联网（IoT）半导体具有重要意义。传统RRAM安全器件利用器件内部的随机性生成安全密钥，但由于电形成（Electrical Forming）过程中会造成不可逆的器件损伤，因此难以将同一阵列再次用于高精度计算。而存内计算则要求器件具有高度一致性和精确的电导调控能力，因此，在同一器件中兼顾硬件安全与存内计算一直被认为是一项重大技术挑战。

 

为突破这一限制，研究团队提出了热预形成导电细丝（Thermally Pre-formed Filaments，TPFs）-RRAM平台。该技术以热处理取代传统电形成工艺，通过诱导器件内部氧离子迁移形成导电细丝，即电流传输的微观通道。不同于传统利用高电压对器件造成部分损伤后实现工作的方式，该方法利用热力学反应，在不损伤器件结构的情况下实现器件功能的自由重构（Reconfigurable）。

 

研究成果发表于国际知名材料科学期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子19.9，JCR排名前4.2%）。论文题为《Thermally Pre-Formed Reconfigurable Resistive Random-Access Memory Crossbar Arrays: A Dual-Mode Platform for Robust Physically Unclonable Functions and In-Memory Computing》（Advanced Functional Materials, 2026, e76481）。

 

高丽大学智能半导体工程学科研究生权成彬（音）（Kwon Seong-bin）和李泰源（音）（Lee Tae-won）担任共同第一作者。该研究提出了一种可在单一RRAM阵列中兼顾硬件安全与存内计算的新一代安全AI硬件平台。

 

研究团队利用RRAM交叉阵列成功生成了PUF安全响应，并顺利通过美国国家标准与技术研究院（NIST）SP 800-22随机性测试。完成PUF功能后，研究人员通过初始化过程重新配置同一阵列，实现多级电导状态的精确控制，并验证了模拟人脑突触行为的神经形态存内计算（Neuromorphic In-Memory Computing）的可行性。

 

该研究证明，RRAM固有的随机性不仅可以作为器件波动现象，更能够作为实现硬件安全的重要物理资源，并可进一步将同一器件转换为人工智能计算存储阵列。未来，该技术有望为自动驾驶汽车、智能家居、可穿戴设备等需要同时具备硬件安全与AI计算能力的新一代端侧AI（On-device AI）和AIoT系统的产业化提供重要技术基础。

 

本研究由高丽大学世宗校区智能半导体工程学科研究生权成彬（音）（共同第一作者）、李泰源（音）（共同第一作者）和金度亨（音）（共同作者）参与完成，金成俊（音）教授和黄成敏（音）教授担任通讯作者并负责研究指导。

 

权成彬（音）和李泰源（音）表示：“我们没有将RRAM器件中的随机性视为一种不稳定因素，而是希望将其作为实现硬件安全的重要物理资源。本研究的重要意义在于证明了通过热处理控制导电细丝，即使完成PUF安全密钥生成后，也能够将同一RRAM阵列重新配置为存内计算器件。”

 

金成俊（音）教授和黄成敏（音）教授表示：“本研究提出了一种全新的技术范式，可在单一硬件平台上同时实现下一代边缘设备所需的高强度安全认证与高效AI计算。该融合平台无需造成器件物理损伤即可实现自由切换，未来有望成为安全、高效智能硬件商业化的重要技术突破。”

 

本研究获得韩国科学技术信息通信部（MSIT）和信息通信企划评价院（IITP）大学ICT研究中心（ITRC）项目（IIPT-2026-RS-2026-25520273），以及韩国教育部和韩国研究财团（NRF）基础科学研究项目（RS-2023-00248731）的资助。

高丽大学世宗校区宣传集资部

翻译：赵炫怡