집적도 올려 정보 처리·저장 동시 수행 뉴로모픽 반도체 나왔다

재료연구원

왼쪽부터 한국재료연구원 김용훈 선임연구원, 권정대 책임연구원, 부산대 이제인 교수, 한국재료연구원 박병진 학생연구원. 재료연 제공

국내 연구팀이 기존 ‘뉴로모픽’ 반도체 소자와 달리 정보 처리와 저장을 동시에 수행할 수 있는 소자를 개발했다. 뉴로모픽은 사람 뇌를 모사해 전력 소모는 줄이면서 컴퓨팅 성능은 높인 차세대 반도체 소자로 이번에 개발한 소자는 시각 센서 등 여러 저전력 인공지능(AI) 장치에 활용될 것으로 기대된다. 

한국재료연구원은 김용훈 나노표면재료연구본부 선임연구원과 권정대 책임연구원팀이 기존 폰노이만 방식의 정보처리장치인 CPU와 정보저장장치인 메모리가 각각 필요치 않은 뉴로모픽 반도체 소자를 개발했다고 8일 밝혔다. 

이 소자는 정보처리와 저장을 동시에 수행해 손글씨 이미지 인식과 같이 처리와 저장이 빠르게 진행돼야 하는 작업을 높은 인식률로 수행한다. 연구팀 분석 결과 약 96.8%라는 높은 손글씨 패턴 인식률을 보였다. 

비결은 시냅스 소자다. 뉴로모픽 반도체 소자는 인간 뇌와 비슷하게 시냅스와 뉴런으로 구성된다. 시냅스 소자는 뉴런의 신호를 받아 연결강도를 다양하게 변조해 정보 처리와 기억을 동시에 수행한다. 기존에는 이런 연결강도를 이종 물질의 계면 사이 전하 트랩이나 산소 이온 등을 이용해 조절했다. 하지만 이 방법들은 외부 영향에 따라 이온의 이동을 원하는대로 조절하기 어렵다는 단점이 있다. 

연구팀은 리튬 이온의 두께를 100nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 이하 수준으로 소자 내 박막화했다. 소자의 집적도를 높인 것이다. 연구팀은 “이후 반도체 공정을 통해 트랜지스터 형태의 소자를 실리콘 웨이퍼 기판상에 만들고 외부에서 전계를 가하면 전하를 띤 리튬 박막 안의 리튬이온이 가역적으로 움직인다”며 “전도도를 세밀하게 조절할 수 있게 된다”고 설명했다. 

이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 응용재료 및 인터페이스’에 지난해 11월 17일 공개됐다. 
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]