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국내 연구진, 광 시냅스 활용한 차세대 뉴로모픽 칩 소자 개발

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 저전력을 사용하고 소형화 제작이 가능하며 고성능 병렬연산처리를 지원하는 ‘뉴로모픽(Neuromorphic) 칩’이 차세대 반도체 기술로 주목받고 있다.

인간의 두뇌를 모방한 뉴로모픽 칩을 구현하기 위한 병렬연산처리, 학습 능력 구현에 필수적인 시냅스 모방 반도체 소자 연구도 활발하게 진행 중이다. 이 가운데 국내 연구진이 시냅스를 모방한 소자와 광반도체 센서를 결합한 시신경 모방 광시냅스 소자 개발에 성공해 주목된다.

저전력·병렬처리 기술이 강점인 뉴로모픽 칩은 관련 시장이 10년 간 20.7%의 연평균성장률이 예상되는 차세대 반도체 기술이다. 

사진은 네패스와 뉴로모픽 설계기술 회사인 제너럴비전(GV)이 개발한 뉴로모픽 칩 'NM500' [ITBizNews DB]

고성능 컴퓨팅파워가 요구되는 클라우드 기반의 인공지능(AI) 시스템과 달리 지능형 스마트가전, 자율주행자동차와 엣지 컴퓨팅 시스템 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있다. 

퓨처마켓인사이트 보고서에 따르면 전세계 뉴로모픽 칩 시장은 2015년 기준으로 14억2000만달러에서 2026년 약 108억1000만달러에 이를 것으로 예상된다.

한국연구재단에 따르면 박진홍 성균관대 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대, 캘리포니아대, 한양대와의 공동연구를 통해 색상과 형태 정보를 동시에 학습-인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 기술 개발에 성공했다.

그간 시냅스 모방 반도체 소자에 대한 연구는 기본적인 시냅스 동작 특성을 갖는 소자를 구현, 이들로 구성된 신경망을 활용해 이미지의 형태 정보만을 학습-인지하는 방향으로 수행돼 왔다. 이 경우 복잡한 신경망이 요구되면서 높은 소비 전력 문제가 발생된다.

박진홍 교수 연구팀은 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합해 다양한 색상에 따라 다른 시냅스 특성을 보이는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자를 구현, 이들로 구성된 광신경망을 활용해 색상과 형태를 동시에 학습-인지하는 데 성공했다.

연구팀은 원자 두께만큼 얇은 2차원 나노판상 구조를 갖는 질화붕소(h-BN)와 텅스텐 다이셀레나이드(WSe2)를 수직으로 쌓아 올린 구조에 시냅스 모방 소자-광반도체 센서를 함께 구현했다.

(왼쪽부터) 박진홍 교수(교신저자), 서승환 석박사 통합과정(제1저자) [사진=한국연구재단]

구현된 시냅스 모방 반도체 소자는 장기 기억 강화 및 약화 곡선에서 높은 선형도와 전도도 안정성을 보였다. 연구팀은 눈(eye) 역할을 하는 광반도체 센서에 특정 색깔의 레이저를 조사했을 때에도 특정 전도도 영역에서 시냅스 동작 특성을 보이는 것을 확인했다고 설명했다.

박진홍 교수는 “광 감지 반도체 소자뿐만 아니라 다양한 신호 감지 반도체 소자를 결합하는 후속 연구를 통해 대량의 비정형 정보를 효율적으로 처리할 수 있을 것”이라며 “뉴로모픽 칩 기능의 다각화를 통해 인공신경망 기반 차세대 컴퓨팅 시스템의 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업, 기초연구사업(중견연구, 기초연구실)의 지원으로 수행됐다. 연구논문은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’의 11월30일자에 게재됐다. 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

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