사람 시냅스 모사한 반도체 소자 나왔다

KIST 연구진 "뉴로모픽 시스템 실구현 핵심"

인간의 두뇌 구조를 모방한 뉴로모픽 반도체는 차세대 지능형 시스템반도체로 각광받고 있다. 이를 위해 전 세계 연구자들이 새로운 재료, 소자, 설계를 연구하고 있다. 게티이미지뱅크 제공

뉴로모픽 시스템은 사람 뇌를 모사해 전력 소모를 줄이면서 컴퓨팅 성능을 높이는 차세대 반도체 시스템이다. 이 시스템을 구현하기 위해서는 입력 신호에 따라 뉴런 간의 연결강도를 조절하는 ‘뉴런’을 모사한 반도체 소자가 필요하다. 현재 주로 쓰이는 실리콘 기반 반도체 소자는 에너지 소모가 크고 실제 뉴런과 유사한 고집적 시스템을 구현하기엔 물리적 한계가 있다.

한국과학기술연구원(KIST)은 곽준영 인공뇌융합연구단 책임연구원과 강기범 KAIST 교수, 정택모 한국화학연구원 정보전자소재연구단장 연구팀이 2차원(2D) 신소재 기반의 반도체 소자를 개발했다고 6일 밝혔다.

이 소자는 2D 절연체 신물질과 2D 반도체의 이중접합 구조가 기반이다. 연구팀은 “2D 소재는 원자수준으로 두께가 매우 얇아 반도체 소자의 고집적화에 강점이 있다”며 “고유 특성으로 빠른 전기신호 온오프 전환, 전하 이동속도 등 실리콘 소재 대비 기능이 우수하다”고 설명했다.

개발한 소자는 균일한 시냅스 연결 강도 변화를 보이는 것으로 나타났다. 실제 사람의 시냅스 소모 에너지와 유사한 약 15 펨토줄(fj)의 에너지를 소비했다. 연구팀은 “외부 자극의 횟수와 세기에 따라 시냅스 연결 강도를 단시간 또는 장시간 유지할 수 있도록 했다”며 “사람 뇌 기능을 더욱 정밀하게 모사한 것”이라고 말했다. 

개발한 소자로 인공지능(AI) 학습도 실험했다. 손으로 쓴 숫자들로 이뤄진 대형 데이터베이스인 ‘MNIST’를 학습시키고 숫자 분류 정확도를 따져봤더니 약 88.3%로 나타났다. 연구팀은 “실제 뉴로모픽 시스템 응용 가능성을 확인했다”고 말했다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’에 지난 8월 24일 공개됐다. 
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]