이장식 포항공대 신소재공학과 교수 연구팀, 뉴로모픽 칩 구현
광 반응 제어해 인공 시냅스 신호세기 조절

 

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이장식 교수

기억과 연산을 동시에 수행하는 인간의 뇌와 달리 컴퓨터 칩은 메모리소자와 연산소자가 별개로 작동하기 때문에 소자 간 정보전송 과정에 병목현상이 생한다.

뇌의 신경세포간 정보전달이 이뤄지는 시냅스는 정보 처리와 저장을 병렬로 처리한다. 덕분에 에너지 소모도 적다.

이처럼 뇌의 시냅스를 모사해 전력 소비를 기존 반도체의 수십만분의 일로 줄일 수 있는 뉴로모픽 칩이 개발됐다. 이장식 포항공대 신소재공학과 교수 연구팀이 일궈낸 성과다.

한국연구재단은 이장식 교수 연구팀이 강유전체 물질을 이용해 산화물 반도체의 광반응성을 제어, 신호전달 세기를 조절할 수 있는 뉴로모픽 칩을 처음으로 구현했다고 4일 발혔다. 

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광 시냅스 소자의 광반응성과 시냅스에서 나타나는 신경전달물질 반응성이 유사하다는 사실을 보여주는 도표(사진=이장식 포항공대 교수)

뉴로모픽 칩은 인간 두뇌의 작동방식을 모사한 컴퓨터 칩이다. 전력소비를 획기적으로 줄일 수 있어 이미지나 동영상 같은 복잡한 비정형 데이터를 효율적으로 처리해야 하는 인공지능(AI)과 빅데이터 및 자율주행차를 실현하는데 중요한 역할을 할 수 있다.

광 시냅스 소자에 기반한 뉴로모픽 칩을 상용화 하면 추후 얼굴인식, 자율주행자동차, 사물인터넷(IoT), 지능형 센서 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

광학적 자극으로 동작하는 광 시냅스 소자는 전기 신호로 작동하는 방식에 비해 소비전력이 낮고 소자 간 간섭이 적다. 구조가 단순해 기존 반도체 공정과도 호환된다.

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강유전체 층의 분극상태에 따른 광 반응성 조절과 그에 따른 시냅스 가소성 조절 내용(사진=이장식 포항공대 교수)

이 교수는 "광 시냅스 소자의 장점과 광 반응성 조절을 통한 시냅스 특성 제어 가능성에 주목해 강유전체의 분극 특성을 이용했다"면서 "이번 연구는 뉴로모픽칩 개발에 새로운 패러다임을 제시할 첫 개발 사례"라고 소개했다.