강유전체 터널 접합과 금속 이온의 이동을 동시에 활용, 에너지 소바량을 크게 줄였다. /사진=한국연구재단국내 연구진이 인간의 ‘뇌’처럼 스스로 선택하여 학습할 수 있는 인공지능(AI) 시냅스 소자를 최초로 개발했다.
시냅스 소자란 인간 뇌의 뉴런과 뉴런 또는 뉴런과 다른 세포의 접합 부위인 시냅스의 생물학적 기능을 모방하는 소자를 말한다.
현재 사용되는 인공지능 하드웨어는 부피가 크고, 에너지 소모가 많다. 박배호 교수(건국대) 연구팀은 강유전체 분극 전환과 금속 이온 이동을 이용하여 인공지능을 인간의 뇌와 비슷한 크기로 만들 수 있고, 에너지 소모가 아주 적은 시냅스 소자를 개발했다. 강유전체는 외부의 전기장 없이도 자발 분극을 가지는 물질을 말한다. 분극이란 강유전체 내부의 전하가 양전하와 음전하로 배열되는 현상을 이른다.
이 소자의 두께는 기존에 비해 2분의 1에서 20분의 1의 크기로 매우 얇다. 에너지 소비량도 매우 적다.
또한 고집적 소자이다. 나노미터 두께의 작은 크기 소자이어서 동일한 면적에 들어가는 소자를 고밀도로 쌓을 수 있다.
기능도 인간의 뇌를 닮았다. 단순 학습·기억에 머물렀던 기존의 연구와 달리 스스로 선택적으로 학습·기억을 할 수 있다.
연구진은 강유전체 분극과 금속 이온 이동 기반의 소자를 동시에 결합했다. 그 결과, 원활히 출력신호를 측정할 수 있는 온/오프 신호 비율이 단일 소자에서 천만배로 나타났으며, 초소형, 초저에너지의 성능을 가지며 선택적으로 구동하는 시냅스 소자가 만들어졌다.
박배호 교수는 “이 연구는 인간의‘뇌’만한 크기의 인공지능 하드웨어로 응용할 수 있는 초저에너지 고집적 시냅스 소자를 개발한 것“이라며 ”향후 인간의 뇌신경을 모방한 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다”라고 말했다.
미래창조과학부·한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 자연과학 및 응용과학 분야 국제적인 학술지인 ‘나노 레터스’ 2월 25일자에 게재됐다.
건국대 박배호 교수/사진=한국연구재단
