인간 뇌처럼 학습 가능한 반도체 개발

인간 뇌처럼 학습 가능한 반도체 개발

 

■ 국내 연구팀, 삼차원 인공 지능 반도체 세계 최초 구현

 

국내 연구팀이 인간의 뇌를 모방해서 뇌와 비슷한 기능을 하는 반도체 원천 기술을 개발했다. 반도체 칩의 원형이라고 할 수 있는 폰노이만(Von Neumann) 방식은 단순한 작업을 빠르고 효율적으로 해내는 것에는 우수한데, 유연성, 적응력, 진화, 학습 등 인간의 뇌와 같은 기능을 하기에는 한계가 있다.

 

최근, 인간의 뇌를 모방해서 감각. 인지. 상호 작용 등이 가능한 인공 지능 반도체 칩을 구현해 무인 자동차. 스마트 로봇 등의 분야에 적용하기 위한 연구가 IBM. Coogle. 유럽 연합 등 전 세계에서 활발하게 진행되고 있다.

 

전자 회로에서 신호 전달 스위치 역할을 하는 '나노 기계'를 인간의 뇌 모양과 유사한 3차원 형태로 집적하기 위해 연구팀은 그동안 새로운 구조와 전압 레벨에 대한 연구를 지속적으로 실시했다. 전기와 기계의 상이한 연구 분야를 통합적으로 해석할 수 있는 모델링을 구축해 왔다.

 

나노 기계는 전자 회로의 금속 배선을 이용해 다양한 경로로 신호를 전달하는 스위치를 말한다. 기존의 이차원 금속 산화물 반도체 회로에 나노 기계 회로를 삼차원으로 집적하는데 성공했다. 기존 반도체 대비 50% 이하의 매우 낮은 에너지로 인간의 뇌와 유사한 기능을 수행할 수 있음을 처음 규명했다.

 

■ 스스로 학습 진화할 수 있게 하는 세계적 원천 기술

 

연구팀이 삼차원 융합 집적 기술을 이용해 개발한 인공 지능 반도체 칩은 기존에 이차원으로 집적된 금속 산화 반도체 회로 기술로 개발된 인공 지능 반도체 칩과 비교해 400% 이상 향상된 집적도와 50% 이상 낮은 에너지 소모를 보였다.

 

반도체를 인간의 뇌와 유사하게 주변 환경이나 이용자의 성향에 따라 스스로 학습해 기능을 변경하고 진화할 수 있게 하는 세계적 원천 기술이다. 삼차원 인공지능 반도체 칩은 고성능·고집적·저전력 현장 프로그래머블 게이트 어어레이(field programmable gate array: FPGA)에 적용이 가능해 국내 비메모리 반도체 산업 발전에도 기여할 것으로 기대된다.

 

서강대 최우영 교수 연구팀이 이번 연구를 수행했다. 연구 결과는 전자 공학 분야 학술지인 미국 전기 전자 학회 전자소자지(IEEE Electron Device Letters) 2015.09.01일자(논문명: Three-dimensional integration of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-nano-electromechanical (NEM) hybrid reconfigurable circuits)에 실렸다.

최우영 교수는 "연구를 통해 인간의 뇌를 모방한 삼차원 반도체 인공 지능 칩의 원천 기술을 개발했다"며 "인간을 더욱 잘 이해하고 상호 교감할 수 있는 전자 기기를 구현에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.