KAIST, 인간 뇌 모방 ‘뉴로모픽 반도체’ 개발

한국과학기술원(KAIST)은 5일 전기및전자공학부 최양규·최성율 교수 공동연구팀이 인간의 뇌를 모방한 고집적 뉴로모픽 반도체를 개발했다고 밝혔다.

뉴로모픽(neuromorphic) 하드웨어는 인간의 뇌가 복잡한 기능을 수행하지만 소비하는 에너지는 20와트 밖에 되지 않는다는 것에 착안해 인공지능 기능을 하드웨어로 구현하는 방식이다.

공동연구팀은 단일 트랜지스터를 이용해 인간의 뇌를 모방한 뉴런과 시냅스로 구성된 뉴로모픽 반도체를 구현했다. 이 반도체는 상용화된 실리콘 표준 공정으로 제작돼 뉴로모픽 하드웨어 시스템의 상용화 가능성을 획기적으로 높였다.

그동안 뉴로모픽 하드웨어 구현을 위해 구성된 디지털 또는 아날로그 회로를 기반으로 구성된 뉴런과 시냅스는 큰 면적을 차지하기 때문에 집적도 측면에서 한계가 있다.

이에 연구팀은 이미 널리 쓰이고 있는 표준 실리콘 미세 공정 기술로 제작될 수 있는 단일 트랜지스터로 생물학적 뉴런과 시냅스의 동작을 모방했다.

제작된 뉴로모픽 트랜지스터는 현재 양산되고 있는 메모리 및 시스템 반도체용 트랜지스터와 같은 구조로, 트랜지스터가 메모리 기능 및 논리 연산을 수행하는 것은 물론, 새로운 뉴로모픽 동작이 가능함을 실험적으로 보여 줬다.

이어 기존 양산 트랜지스터에 새로운 동작원리를 적용해, 구조는 같으나 기능이 전혀 다른 뉴로모픽 트랜지스터를 제작했다. 그 결과 뉴로모픽 트랜지스터는 마치 동전에 앞면과 뒷면이 동시에 있는 것처럼, 뉴런 기능도 하고 시냅스 기능도 수행하는 야누스(Janus) 구조로 구현 가능함을 세계 최초로 입증했다.

개발된 반도체는 기존 뉴런 회로 구성에 필요한 평면적이 2만1000단위인 반면 새로 개발된 뉴로모픽 트랜지스터는 6단위 이하이므로 집적도가 약 3500배 이상 높았다.

이처럼 뉴로모픽 반도체는 집적도 개선과 비용 절감 등에 이바지하며, 뉴로모픽 하드웨어의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

한준규 박사과정은 "상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 기반 단일 트랜지스터를 이용해 뉴런과 시냅스 동작이 가능함을 보였다ˮ며 "상용화된 CMOS 공정을 이용해 뉴런, 시냅스, 그리고 부가적인 신호 처리 회로를 동일 웨이퍼 상에 동시에 집적함으로써, 뉴로모픽 반도체의 집적도를 개선했고, 이는 뉴로모픽 하드웨어의 상용화를 한 단계 앞당길 수 있을 것ˮ이라고 밝혔다.