색상·형태 동시 학습 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 개발

[이데일리 이연호 기자] 국내 연구진이 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합해 한 단계 진화한 시신경 모방 광시냅스 소자를 구현하는 데 성공했다. 박진홍 교수(성균관대) 연구팀이 미국 스탠퍼드대, 캘리포니아대, 한양대와의 공동연구를 통해 색상과 형태 정보를 동시에 학습하고 인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 기술을 개발했다고 한국연구재단은 9일 밝혔다.

색상과 형태를 동시에 인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자. 그림=한국연구재단.

인간 두뇌의 동작 원리를 모방한 뉴로모픽 칩은 대량의 정보를 병렬적으로 처리해 소비 전력을 최소화하고 자신의 연산 기능을 향상시킬 수 있어 차세대 정보처리 칩으로 각광받고 있다. 특히 최근 뉴로모픽 칩의 병렬 정보처리와 학습 능력 구현에 필수적인 시냅스 모방 반도체 소자에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

기존의 시냅스 모방 반도체 소자에 대한 연구는 주로 기본적인 시냅스 동작 특성을 갖는 소자를 구현하고 이런 소자들로 구성된 신경망을 활용해 이미지의 형태 정보만을 학습하고 인지하는 방향으로 수행돼 왔다.

연구팀은 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합해 다양한 색상에 따라 다른 시냅스 특성을 보이는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자를 구현하고 이들로 구성된 광신경망을 활용해 색상과 형태를 동시에 학습하고 인지하는 데 성공했다.

연구팀은 우선 원자 두께만큼 얇은 2차원 나노판상 구조를 갖는 질화붕소(h-BN)와 텅스텐 다이셀레나이드(WSe2)를 수직으로 쌓아 올린 구조에 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 함께 구현했다.

이렇게 구현된 시냅스 모방 반도체 소자는 장기 기억 강화 및 약화 곡선에서 높은 선형도와 전도도 안정성 등 우수한 시냅스 특성을 보였다. 또 인간의 눈 역할을 하는 광반도체 센서에 특정 색깔의 레이저를 조사했을 때 시냅스 모방 반도체 소자가 특정 전도도 영역에서 시냅스 동작 특성을 보이는 것을 확인했다.

박진홍 교수는 “광을 감지하는 반도체 소자뿐만 아니라 다양한 신호 감지 반도체 소자를 결합하는 후속 연구를 통해 인간의 오감 신경계를 모방해 대량의 비정형 정보를 효율적으로 처리할 수 있을 것”이라며 “뉴로모픽 칩 기능의 다각화를 통해 인공 신경망 기반 차세대 컴퓨팅 시스템의 발전에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업, 기초연구사업(중견연구, 기초연구실)의 지원으로 수행했으며 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 11월 30일자 논문으로 게재됐다.