포스텍 연구팀, 새로운 고성능 시냅스 소자 개발

【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 신소재공학과 이장식 교수와 석박사 통합과정 김민규 씨 연구팀이 고성능의 아날로그 메모리 특성을 보이는 새로운 시냅스(뉴런 상호간 또는 다른 세포사이의 접합관계나 접합부위) 소자를 개발했다고 1일 밝혔다.

 차세대 뉴로모픽(Neuromorphic·인간의 신경 회로인 ‘뉴런’을 모방한 회로를 만들어 연산과 저장을 한꺼번에 하는 인간의 뇌 기능을 모사하려는 기술 )  컴퓨팅용 칩을 만드는 과정에서 발견했다고 공개했다.

 딥러닝, 빅데이터 등은 정형화되지 않은 많은 양의 정보 처리 능력이 필요하다. 이에 처리해야 하는 정보량은 급속도로 증가하고 있지만 현재 사용하고 있는 대부분의 컴퓨팅 방식은 입력된 정보를 순차적으로 처리하는 폰 노이만 구조를 기반으로 하고 있어 대량의 정보를 처리하는 데 한계가 있어 왔다.

 최근 이런 문제점을 해결하기 위해 기억과 연산을 동시에 수행하는 뉴로모픽 컴퓨팅이 주목을 받고 있다.

 하지만 현재 쓰고 있는 폰 노이만 구조 컴퓨팅 방식에서 사용하던 반도체를 그대로 뉴로모픽 컴퓨팅에 사용할 경우 많은 에너지가 필요하며 이 기술이 상용화하기 위해서는 소비 전력을 최소화한 뉴로모픽 칩 개발이 절실하다.

 이에 연구팀은 인간의 두뇌에서 핵심요소로 작용하는 시냅스를 모사할 수 있는 효율높은 소자 개발에 집중했다.

 인간 두뇌의 정보처리 방식은 0과 1로 데이터를 처리하는 디지털 방식이 아닌 아날로그 방식으로 많은 정보를 신속하게 처리하고 학습한다. 이러한 인간의 시냅스 특성을 모사하기 위해서는 아날로그 정보 처리 방식이 필요한데 이를 강유전체 물질을 이용해 구현했다.

 강유전체란 외부의 에너지가 없어도 스스로 전기적 분극을 유지하는 물질로 이 특성을 미세하게 제어해 인공 신경망에 적합한 선형적인 아날로그 정보 제어를 구현했다.

이 결과를 인공 신경망에 대해 시뮬레이션한 결과 숫자 이미지 패턴에 대한 인식률이 90% 이상임을 확인했다. 
 
 강유전체 물질은 현재 반도체 공정에서 사용할 수 있는 물질로 바로 상용화할 수 있어 뉴로모픽 칩 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 전망되고 있다.
 
 이 연구 성과는 나노분야의 세계적 권위지인 나노 레터스(Nano Letters) 최근호에 게재됐다.이 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.

 이장식 포스텍 교수는 “이 기술을 실제 뉴로모픽 칩에 사용할 경우 저전력으로 뉴로모픽 컴퓨팅이 가능하다”며 “모바일 기기나 무인자동차, 사물인터넷 등 다양한 분야에 이 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

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