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  • 기사등록 2017-03-13 16:15:29
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▲ 박배호 건국대학교 물리학과 교수.

국내연구진이 높은 on/off 신호 비율, 초소형, 초저전력의 성능을 가지면서도 선택적으로 구동하는 시냅스 소자를 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 박배호 건국대학교 연구팀이 인간의 뇌처럼 스스로 선택하여 학습할 수 있는 인공지능(AI) 시냅스 소자 최초로 개발했다고 밝혔다.

기억, 학습, 판단 기능을 하는 인간의 뇌는 이를 담당하는 약 1000조 개의 시냅스가 존재하면서도 약 10W 정도의 전력만 소모할 정도로 에너지 효율과 집적도가 높아 이를 인공지능으로 활용하기 위한 연구가 계속되고 있다.

이에 연구팀은 강유전체 분극 전환과 금속 이온 이동을 이용해 인공지능을 인간의 뇌와 비슷한 크기이며, 에너지 소모가 아주 적은 시냅스 소자를 개발했다.

펄스화 레이저 증착 장비를 이용해 증착된 약 4나노미터(nm)의 두께를 가지는 PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT) 강유전체 초박막을 금속 이온의 이동을 위한 선택적 전해질로 사용함으로써 간단한 구조의 Ag/PZT/La0.8Sr0.2MnO3 (LSMO) 시냅스 소자를 제작했다.

제작된 소자의 두께는 기존에 비해 1/2~1/20의 크기로 매우 얇다. 에너지 소비량도 매우 적다. 또한 고집적 소자이다. 나노미터 두께의 작은 크기 소자이어서 동일한 면적에 들어가는 소자를 고밀도로 쌓을 수 있다.

기능도 인간의 뇌를 닮아서 단순 학습·기억에 머물렀던 기존의 연구와 달리 스스로 선택적으로 학습·기억을 할 수 있다.

연구진은 강유전체 분극과 금속 이온 이동 기반의 소자를 개별적으로 연구한 기존 연구과 달리 양자를 동시에 결합해 연구를 진행했다.

그 결과, 원활히 출력신호를 측정할 수 있는 on/off 신호 비율이 단일 소자에서 천만배로 나타났으며, 초소형, 초저에너지의 성능을 가지며 선택적으로 구동하는 시냅스 소자가 만들어졌다.

박배호 교수는 “이 연구는 인간의 ‘뇌’만한 크기의 인공지능 하드웨어로 응용할 수 있는 자가 선택적 학습제어가 가능한 초저에너지 고집적 시냅스 소자를 개발한 것이다. 향후 인간의 뇌신경을 모방한 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 자연과학 및 응용과학 분야 국제적인 학술지인 나노 레터스 (Nano Letters) 2월 25일자에 게재되었다.

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