KAIST, 인간뇌 처럼 '뉴런-시냅스' 동시 모사가능 메모리 최초 구현

기사내용 요약
이건재 교수팀, 단일 소자로 뉴런-시냅스 동시 모사 '뉴로모픽' 메모리 개발
배운 내용 빠르게 재학습 가능한 인간 뇌 닮은 AI 구현 가능
뇌 역설계 연구에도 도움, 국제 학술지 게재

[대전=뉴시스] 뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 뉴로모픽 소자. KAIST는 뉴런의 가소성을 하부에 위치한 휘발성의 문턱 스위치 소자층을 이용해 모사하고 시냅스의 가소성은 상부에 위치한 비휘발성의 상변화 메모리층을 통해 모사해 뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 소자를 제작했다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 이건재 교수팀이 100㎚(나노미터) 두께의 단일 소자에 뉴런과 시냅스를 동시에 모사할 수 있는 뉴로모픽(neuromorphic) 메모리를 개발했다고 23일 밝혔다.

뉴런은 신경계를 이루는 기본적인 단위세포이며 시냅스는 뉴런 간의 접합 부위를 말한다.

이번 이 교수팀의 성과는 인간의 뇌처럼 뉴런과 시냅스가 유기적으로 동작하는 단일 메모리 소자의 최초 구현으로 이를 통해 반도체 소자로 인간 뇌를 완전히 구현하려는 '뉴로모픽 컴퓨팅'의 목표 달성을 앞당길 수 있게 됐다.

1000억 개의 뉴런과 100조 개 시냅스의 복잡한 네트워크로 구성된 인간 뇌는 기능과 구조가 외부환경에 따라 유연하게 변하는 특징을 갖는다.

따라서 뉴로모픽 소자는 뉴런과 시냅스의 특성을 모사해 기존 컴퓨터로는 구현할 수 없는 인간 뇌의 고도 인지기능을 실현하는게 주 목적이다.

인간 뇌의 뉴런과 시냅스는 서로 유기적으로 연결돼 있으며 서로 간의 상호작용을 통해 인지기능이 발현된다.

지금까지 뉴로모픽 컴퓨팅 구현을 위해 CMOS 집적회로와 비휘발성 메모리 등을 이용한 연구들이 진행됐으나 뉴런과 시냅스의 기능을 인간 뇌처럼 단일 구조체에서 통합해 구현하지 못하고 기존 기술들은 뉴런과 시냅스의 기능을 분리해 모사한다는 한계가 있다.

이 교수팀은 휘발성의 소자(threshold switch)로 뉴런을, 비휘발성의 상변화 메모리 소자로 시냅스를 모사해 단기·장기 기억이 공존하는 단일 뉴로모픽 소자를 개발했다. 이는 집적도 개선 및 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

특히 기존 CMOS 뉴런 소자에서는 단순 신호발산 기능만이 구현됐으나 연구팀의 뉴런-시냅스 통합소자는 신호발산 유형이 환경에 따라 유연하게 적응하는 가소성(plasticity)을 구현할 수 있다.

삼성전자 전략산학과제와 지능형반도체 사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 '네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 5월19일자에 게재됐다.(논문명:Simultaneous emulation of synaptic and intrinsic plasticity using a memristive synapse)

이건재 교수는 "인간은 뉴런과 시냅스의 상호작용을 통해 기억, 학습, 인지기능을 발현하므로 둘 모두를 통합 모사하는 것은 인공지능에 있어 필수요소"라며 "이번에 개발한 단일 뉴런-시냅스 소자는 한번 배운 내용을 더 빨리 학습할 수 있는 재학습(retraining) 효과 구현도 가능해 인공지능뿐만 아니라 뇌를 역설계하는 연구에도 큰 도움이 될 것이다"고 말했다.

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