색상과 형태 동시 학습하는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 개발

차세대 뉴로모픽 컴퓨터 적용 기대

국내연구진이 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합해 한 단계 진화한 시신경 모방 광시냅스 소자를 구현하는 데 성공했다.

성균관대 박진홍 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대, 캘리포니아대, 한양대와의 공동연구를 통해 색상과 형태 정보를 동시에 학습하고 인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 기술을 개발했다고 한국연구재단이 9일 밝혔다.

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, 이러한 소자들로 구성된 신경망을 활용하여 이미지의 형태 정보만을 학습하고 인지하는 방향으로 수행되어 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 활용하여 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 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업, 기초연구사업의 지원으로 수행했으며, 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 11월 30일 자 논문으로 게재되었다.

색상과 형태를 동시에 인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 기존 시냅스 모방 반도체 소자와 달리 연구팀은 시냅스 모방 반도체 소자와 광 반도체 센서를 결합시켜 다양한 색상에 따라 다른 시냅스 특성을 보이는 한 단계 진보된 시신경 모방 광시냅스 소자를 구현하였고(왼쪽 그림), 이들로 구성된 광신경망을 활용하여 이미지의 색상과 형태를 동시에 학습하고 인지하였다(오른쪽 그림).

[e-mail] 조석장 기자