국내 연구진, 인간 뇌 흉내낸 저전력 차세대 메모리 소자 개발

지난 3월 이세돌 9단과 바둑 대결을 한 구글의 자회사 딥마인드가 개발한 바둑 인공지능 알파고는 1200여개의 컴퓨터 CPU(중앙처리장치)를 병렬 연결해 시간당 56kW의 전력을 썼다. 이세돌 9단의 뇌는 시간당 불과 20W의 전력에너지를 소모했다. 당시 일부 과학자들은 에너지 효율성 측면에서 알파고와 대등한 대결을 펼친 이세돌9단이 월등하다는 의견을 내놨다. 20W의 에너지만을 소모하면서도 56kW의 전력을 사용하는 알파고와 접전을 이뤘기 때문이다.

과학자들은 알파고와 같은 인공지능이 대중화하면 막대한 전력 소비 문제가 대두될 것이라고 전망했다. 이를 해결하기 위해서는 인간의 뇌처럼 에너지 효율이 뛰어난 반도체 소자 개발이 필요하다는 의견을 내놨다.

국내 연구진이 인간 뇌 속 시냅스를 모방해 에너지 효율이 뛰어난 차세대 메모리 소자를 개발하는 데 성공했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 2일 게재됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 연구진과 유우종(사진) 성균관대 교수 연구진은 그래핀 등 2차원 나노 소재로 인간의 뇌 속 시냅스를 모방한 메모리 반도체 소자 구현에 성공했다고 밝혔다.

사람의 뇌에는 신경세포(뉴런)를 연결하는 시냅스가 무려 수십조~100조개가 존재한다. 시냅스는 2개의 돌기로 신호를 주고받으며 신호의 잔상을 남겨 기억을 저장한다. 적은 에너지로도 고도의 병렬연산을 빠르게 처리할 수 있는 게 특징이다.

사람의 뇌에서 정보를 저장하고 신호를 전달하는 시냅스(왼쪽)와 연구진이 개발한 메모리 소자 작동원리.(오른쪽 하단)/IBS 제공

연구진은 전극이 3개인 기존 플래시 메모리 구조에서 데이터를 저장하는 전극을 없앤 뒤 2개의 전극으로 신호 전달 및 저장을 동시에 할 수 있는 메모리 기술을 개발했다. 그래핀과 육각형 질화붕소, 이황화몰리브덴 등을 쌓아올려 만들었다.

연구진은 신호 입력 전극에 전압을 가해 이황화몰리브덴을 통해 전자가 흐르면서 신호를 전달하는 방식을 개발했다. 이 때 일부 전자(데이터)가 수 나노미터(10억분의 1미터) 두께의 얇은 육각형 질화붕소를 통과해 그래핀에 저장되는 방식이다.

유우종 성균관대 교수는 “이번에 개발한 메모리 소자는 전기적, 기계적 특성이 우수한 물질만을 사용해 기존 메모리 소자(PRAM, RRAM)에 비해 전력을 적게 사용하면서도 정밀하게 데이터를 전달할 수 있다”며 “스마트폰으로도 인공지능 컴퓨터 수준의 성능을 낼 수 있을 것”이라고 말했다.

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