DGIST, 인간 뇌 기능 모사한 인공 시냅스 소자 개발

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인공 시냅스 소자를 개발한 DGIST 지능형소자융합연구실 이명재 실장
<인공 시냅스 소자를 개발한 DGIST 지능형소자융합연구실 이명재 실장>

국내 연구팀이 인간의 뇌 기능을 모사한 인공 시냅스 소자를 개발했다. 인공지능(AI)과 두뇌 모방형 반도체 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST(총장 손상혁)는 이명재 지능형소자융합연구실 실장 연구팀이 인간의 뇌에서 기억을 담당하는 신경세포(뉴런)와 시냅스의 기능을 모사한 인공 시냅스 소자를 개발했다고 27일 밝혔다.

시냅스는 인간 뇌에 있는 뉴런과 뉴런이 신경 흥분 신호를 주고받을 수 있도록 축색돌기와 수상돌기가 만나는 부분이다. 뇌 속에는 수십조에서 수백조개의 뉴런이 존재한다.

화학적 시냅스 정보전달시스템은 매우 적은 에너지로도 고도의 병렬 연산을 처리할 수 있다. 시냅스의 생물학적 기능을 모방한 소자인 인공 시냅스 소자에 대한 연구가 세계적으로 주목받고 있는 이유다.

이명재 DGIST 지능형소자융합연구실장 연구팀이 개발한 인공 시냅스 소자 모식도. 인공 시냅스 소자는 인간 뇌의 뉴런과 시냅스 연결 부위에서 시냅스 연결 강도를 조절해 기억의 생성, 저장, 삭제에 이르는 일련의 과정인 시냅스 가소성을 구현할 수 있다.
<이명재 DGIST 지능형소자융합연구실장 연구팀이 개발한 인공 시냅스 소자 모식도. 인공 시냅스 소자는 인간 뇌의 뉴런과 시냅스 연결 부위에서 시냅스 연결 강도를 조절해 기억의 생성, 저장, 삭제에 이르는 일련의 과정인 시냅스 가소성을 구현할 수 있다.>

이명재 실장 연구팀은 박경수 서울대 교수, 박성규 중앙대 교수, 황현상 포스텍 교수팀과 공동으로 전이금속 물질인 '탄탈옥사이드' 구조를 두개의 층으로 나누고, 표면을 제어해 다중치를 갖는 고신뢰성 인공 시냅스 소자를 만들었다.

이 인공 시냅스 소자는 전기신호 강도에 따라 탄탈옥사이드층의 저항값이 점진적으로 커지거나 작아지면서 뇌의 시냅스 기능을 모사한 전기적 시냅스 소자다. 탄탈옥사이드 구조의 두개 층 가운데 한 층에서만 전류를 제어해 기존 소자의 내구성 한계를 극복했다.

뉴런간 시냅스 연결 강도를 조절해 기억을 저장하는 장기강화작용, 기업을 지우는 장기억제작용 등 기억의 생성, 저장, 삭제 과정인 시냅스 가소성을 구현하는 실험도 성공했다.

연구팀이 적용한 비휘발성 다중치 데이터 저장방식은 0과 1을 사용하는 디지털 신호 기반 데이터 자장방식과 비교해 소자시스템 면적이 작고, 회로 연결성이 복잡하지 않아 소모 전력을 1000분의 1이상 줄일 수 있다.

저전력 병렬 연산이 가능해 방대한 양의 빅데이터 정보처리를 위한 초절전 소자 및 회로로 사용할 수 있다. 머신러닝과 딥러닝 등 AI 개발, 두뇌 모방형 반도체와 같은 차세대 지능형 반도체 소자 기술에도 적용할 수 있다.

이명재 실장은 “기존 인공 시냅스 소자의 신뢰성을 확보하고 단점으로 지적된 부분을 개선했다”면서 “뉴런 기능을 모방한 회로를 만들어 인간 뇌를 모사하는 뉴로모픽 시스템 AI개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com