인간 뇌 닮은 컴퓨터가 업그레이드됐다

KIST 연구진, 시냅스 반도체 부품 개발
실제 뇌 시냅스보다 동작범위 50배 증가
기존 부품대비 정보 보존성 6300% 향상

인간의 뇌를 닮은 뉴로모픽 컴퓨터를 설명하는 그래픽. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 인간 뇌를 닮은 뉴로모픽 컴퓨터의 핵심인 인공 시냅스 반도체 부품을 업그레이드 했다.

새롭게 업그레이드된 인공 시냅스 반도체 부품은 생물학적 뇌의 시냅스보다 동작 범위가 약 50배 향상됐다. 또한 기존 인공 시냅스 부품 대비 정보 보존성이 최대 6300% 이상 증가했다.

정연주 박사는 24일 "가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선했다"며 "뇌를 모방한 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것"이라고 말했다.

연구진은 기존 뉴로모픽 반도체 부품의 성능을 떨어뜨리는 작은 시냅스 변형을 해결하기 위해 활성 전극 이온의 산화환원 특성을 미세하게 조절했다. 이후, 다양한 금속들을 시냅스 부품에 첨가해 활성 전극 이온의 환원 확률을 조절했다. 이를 통해 연구진은 고성능 인공 시냅스 부품을 개발하는 결정적 변수 중 하나가 이온의 높은 환원 확률이라는 것을 알아냈다.

KIST 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 개발한 시냅스 반도체 부품으로 시각정보를 처리한 결과 에러율이 기존 부품보다 60% 이상 감소했다. KIST 제공

이후 연구진은 이온의 환원 확률이 높은 티타늄 전이 금속을 기존 인공 시냅스 부품에 적용했다. 이 시냅스 부품으로 만든 고성능 뉴로모픽 반도체는 시냅스의 아날로그 특성을 유지하면서도 부품의 변형이 생물학적 뇌의 시냅스보다 약 50배 향상됐다. 또, 티타늄 전이 금속을 첨가로 인한 높은 합금 형성 반응으로 기존 인공 시냅스 부품보다 정보 보존성이 최대 63배 이상 증가했다. 연구진은 "새롭게 만든 뉴로모픽 반도체 부품이 실제 뇌처럼 오랫동안 신호전달을 강하게 하거나 약하게 하는 시냅스 기능을 더욱 정밀하게 모방할 수 있게 됐다"고 설명했다.

이와함께 이 인공 시냅스 부품으로 인공신경망 학습패턴을 구축하고, 이를 기반으로 인공지능 이미지 인식 학습을 시도했다. 그 결과, 에러율이 기존 인공 시냅스 부품 대비 60% 이상 감소했다.

또한 손글씨 이미지 패턴(MNIST) 인식 정확도도 69% 이상 향상됐다. 연구진은 "이는 인공 시냅스 부품을 통해 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실현 가능성을 확인한 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 최신 호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자