'뇌'처럼 스스로 학습하는 AI 시냅스 소자 개발

국내 연구팀, 관련 논문 발표

[아시아경제 정종오 기자] 인간의 '뇌'처럼 스스로 선택해 학습할 수 있는 인공지능(AI) 시냅스 소자가 개발됐다. 시냅스 소자란 인간 뇌의 뉴런과 뉴런, 뉴런과 다른 세포의 접합 부위인 시냅스의 생물학적 기능을 모방하는 소자를 말한다.

현재 사용되는 인공지능 하드웨어는 부피가 크고 에너지 소모가 많다. 박배호 건국대 교수 연구팀은 강유전체 분극 전환과 금속 이온 이동을 이용해 인공지능을 인간의 뇌와 비슷한 크기로 만들 수 있고 에너지 소모가 아주 적은 시냅스 소자를 내놓았다.

▲박배호 교수

이 소자의 두께는 기존에 비해 2분의1~20분의1 크기로 매우 얇다. 에너지 소비량도 매우 적다. 고집적 소자이다. 나노미터 두께의 작은 크기 소자이기 때문에 동일한 면적에 들어가는 소자를 고밀도로 쌓을 수 있다. 기능도 인간의 뇌를 닮았다. 단순 학습 기억에 머물렀던 기존의 연구와 달리 스스로 선택적으로 학습하고 기억을 할 수 있다.

이번 성과는 강유전체 분극과 금속 이온 이동 기반의 소자를 개별적으로 연구한 기존 연구과 달리 양자를 동시에 결합해 연구를 진행했다. 원활히 출력신호를 측정할 수 있는 on/off 신호 비율이 단일 소자에서 천만배로 나타났다. 초소형, 초저에너지의 성능을 가지며 선택적으로 구동하는 시냅스 소자가 만들어졌다.

'on/off 신호 비율'이란 노이즈(noise) 방지와 원활한 아웃풋(output)을 위한 소자의 on상태(디지털 신호 '1'을 저장하고 있는 상태)와 off상태(디지털 신호 '0'을 저장하고 있는 상태)의 전류 신호 차이를 말한다.

박배호 교수는 "이번 연구는 인간의 '뇌' 만한 크기의 인공지능 하드웨어로 응용할 수 있고 선택적 학습제어가 가능한 초저에너지 고집적 시냅스 소자를 개발한 것"이라며 "앞으로 인간의 뇌신경을 모방한 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구성과는 자연과학과 응용과학 분야 국제학술지인 나노 레터스(Nano Letters) 2월25일자(논문명:Synaptic Plasticity Selectively Activated by Polarization-Dependent Energy-Efficient Ion Migration in an Ultrathin Ferroelectric Tunnel Junction)에 실렸다.