뇌처럼 기억하는 '반도체' 구현

광 시냅스 소자의 광반응성과 시냅스에서 나타나는 신경전달물질 반응성의 유사성을 표현한 그림

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 뇌처럼 기억과 연산을 동시에 수행할 수 있는 뉴로모칩을 구현해냈다. 이 칩은 기존 반도체보다 전기 소모량이 적으면서, 신호전달의 세기를 조절할 수 있다. 이미지나 동영상과 같은 비정형 데이터의 효율적 처리가 가능해져, 인공지능, 자율주행차 등의 두뇌 역할을 하는 반도체로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 한국연구재단은 3일 이장식 포항공과대학교 교수의 연구팀의 최근 연구 결과에 대해 이같이 밝혔다.

뇌를 닮은 반도체 '뉴로모칩' 구현

강유전체 층의 분극상태에 따른 광 반응성 조절과 그에 따른 시냅스 가소성 조절을 설명한 그래프

연구팀은 강유전체 물질을 이용해 '뉴로모칩'을 구현했다. 이 칩은 정보의 저장과 처리가 병렬로 수행되는 뇌의 시냅스(신경세포간 정보전달이 이뤄지는 부위)를 모사한 반도체다.

연구팀은 디스플레이에 쓰는 광반응성 산화물 반도체(인듐-갈륨-아연 산화물,IZGO) 층에 외부 전기자극 없이도 스스로 분극 특성을 유지할 수 있는 강유전체 하프늄 산화물(HfZrOx)을 올려 빛으로 작동하는 인공 스냅스를 구현했다.

이 칩은 빛에 의해 생성된 전자가 빛이 사라지면 서로 재결합하는 방식으로 작동한다. 전류의 세기를 통해 정보를 처리할 수 있도록 한 것이다. 특히 연구팀은 강유전체를 활용해 산화물 반도체에서의 전자 재결합을 제어할 수 있게 했다. 빛을 통해 소자의 신호전달 세기를 제어할 수 있다는 것을 뜻한다.

자율주행자동차 두뇌로 활용

이장식 포항공대 교수

연구팀은 "산화물 반도체의 광 반응성 특성을 이용해 시냅스 가소성을 모사했을 뿐만 아니라 강유전체 층의 분극 특성을 통해 시냅스 가소성 특성을 조절함으로써 기존 산화물 반도체 기반 광 시냅스 소자의 한계를 극복했다는 데 의의가 있다"라고 밝혔다.

이어 "실용화를 위해서는 산화물 반도체의 광 반응성을 보다 향상시켜 보다 큰 시냅스 가중치 변화를 구현해야 하고, 소자 집적화 기술을 개발해야 한다"라며 "상용화가 이뤄질 경우 얼굴 인식, 자율주행 자동차, 사물인터넷(IOT), 지능형 센서 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 예상된다"라고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr