"우주에서도 AI 연산 가능"…방사선 견디는 AI 반도체 첫 검증

IGZO 기반 시냅틱 소자 성능 유지…우주용 AI 반도체 핵심기술 확보 신호탄

우주 방사선 환경에서도 정상적으로 작동하는 인공지능(AI) 반도체 소자가 국내 연구진에 의해 처음으로 검증됐다. 위성·우주탐사 분야에서 필수적인 '내방사선 반도체' 기술 확보의 가능성을 보여준 성과로, 향후 우주용 AI 시스템 자립 기반 구축에 중요한 전환점이 될 전망이다.

과학기술정보통신부와 한국원자력연구원은 원자력연 첨단방사선연구소, 조병진 충북대학교 교수 연구팀, 벨기에의 세계적 반도체 연구기관인 IMEC의 유태진 박사 연구팀이 공동으로 우주 방사선 환경에서도 안정적으로 동작하는 차세대 AI 반도체 소자의 성능을 세계 최초로 검증했다고 19일 밝혔다.

우주항공용 AI 뉴로모픽 반도체의 양성자 조사 후 인식률 검증 모식도. 연구진 제공

"20년 우주 방사선에도 작동"…뉴로모픽 성능 유지

최근 우주 탐사 확대와 함께 AI·빅데이터 처리를 위한 반도체가 극한 방사선 환경에서도 안정적으로 작동해야 하는 필요성이 커지고 있다. 연구팀은 차세대 반도체 물질인 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)을 기반으로 인간 뇌의 시냅스를 모방한 '시냅틱 트랜지스터'를 제작해 성능을 검증했다.

연구팀은 원자력연 양성자가속기를 활용해 33MeV급 고에너지 양성자 빔을 조사했으며, 이는 저궤도 위성 기준 20년 이상 우주 방사선에 노출된 수준에 해당한다. 실험 결과 일부 전류 감소는 나타났지만, 반도체의 핵심인 스위칭 동작과 시냅스 가소성은 안정적으로 유지됐다.

AI 연산 정확도 92% 유지…우주 활용 가능성 입증

방사선 환경에서의 실제 AI 연산 성능을 평가한 결과도 긍정적이었다. 손글씨 숫자 이미지 데이터셋(MNIST) 기반 인식 뉴로모픽 컴퓨팅 시뮬레이션에서 92.61%의 높은 정확도를 기록했으며, 시계열 데이터 처리에 활용되는 '레저버 컴퓨팅' 시스템을 통해 4비트 연산 능력도 입증했다.

연구팀은 이번 결과가 IGZO 기반 시냅틱 소자가 극한 환경에서도 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템으로 활용 가능함을 보여준 것이라고 설명했다. 향후 성능 저하를 줄이기 위한 기술 고도화와 함께, 회로 수준 검증으로 연구를 확대할 계획이다.

이번 연구는 과기정통부 '내방사선 국가전략반도체 핵심기술개발사업'과 기초연구실 지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 '반도체 공정 재료 과학(Materials Science in Semiconductor Processing)' 3월호에 게재됐다.

오대현 과기정통부 미래전략기술정책관은 "이번 성과는 우주와 같은 극한 환경에서도 AI 시스템이 정상 작동할 수 있음을 보여준 사례"라며 "우주·항공용 AI 반도체 핵심 원천기술 확보를 지속적으로 지원하겠다"고 전했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr