한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀과 광통신 기술을 접목해 광 시냅스 모방 소자 핵심 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

컴퓨터는 저장 부분과 연산기가 분리돼 있다. 저장 부분과 연산 부분이 공존하는 사람의 뇌와는 다르다. 컴퓨터가 사람의 뇌처럼 저장과 연산 부분을 함께 제어할 수 있다면 계산하는 동시에 관련 정보를 신속히 보낼 수 있다. 사람의 두뇌 신경을 모방하는 광 컴퓨팅 칩 개발 목적은 여기에 있다.


연구진은 뇌 구조의 장점을 그대로 가져오기 위해 전기적 또는 광학적인 자극에 따른 광 스위칭 소자의 이력 현상을 지속해서 연구했다. 이력 현상은 그간의 상태 변화 경로에 따라 반응 값이 달라지는 것을 뜻한다. 연구진은 전기 저항을 바꿔가며 신호를 줄 때 그 저항을 인식해 계산이 가능토록 만들었다. 이 방법은 회로가 복잡해지면서 간섭이 생겨서 집적도를 높이는 데 한계를 보였다. 전기 회로 대신 광 회로로 바꾸니 문제는 해소됐다. 연구진은 그래핀 위에 전도성 액체의 일종인 이온 젤을 발랐다. 이어 수직 방향으로 광신호를 보내 전원을 꺼도 정보가 유지되도록 만들었다.

이온 젤 안에 있는 전자 또는 홀이 그래핀 안에 잡혀 있어 이런 현상이 가능했다고 연구진은 발표했다. 이런 실험을 바탕으로 연구진은 시냅스를 흉내 낸 광 저항성 메모리를 만들었다. 이력 현상을 활용해 빛의 다양한 파장을 통한 연산도 가능토록 했다. 연구진이 만든 광 메모리 소자 크기는 20㎛(마이크로미터)×20㎜(밀리미터) 수준이다. 사람이 사물을 보고 인식하는 데 걸리는 시간이 통상 0.06초 안팎이다. 이 기술이 상용화되면 광 컴퓨팅 인식속도는 더 빨라질 것으로 연구진은 전망했다.

김승환 ETRI 바이오의료IT연구본부장은 “기존 초고속 광 통신 기술과 접목해 생물학적 뇌 기능을 인공적인 광학기술로 모방하는 신경 모방 광 컴퓨팅 기술 개발을 진행할 예정”이라고 말했다. 연구진은 스스로 생각하는 칩을 만드는 것이 최종 목표라고 덧붙였다.

연구 논문 제1 저자는 ETRI 김진태 박사다. 최홍규 박사가 연구에 참여했고, 성균관대 최용석 박사 과정과 조정호 교수가 공동 저자다. /한상헌인턴기자 aries@sedaily.com