KIST "다양한 신호강도 구현하는 인공 시냅스 소자 개발"

한국과학기술연구원(KIST)은 인공뇌융합연구단 정연주 박사 연구팀이 뉴로모픽 컴퓨터(뇌신경 구조를 모방한 컴퓨터)의 핵심 소자가 될 수 있도록 다양한 신호 강도를 구현하는 '인공 시냅스 반도체 소자'를 개발했다고 24일 밝혔다.

'시냅스'는 원래 뉴런(신경세포)과 뉴런 사이를 연결해서 신호를 전달하는 부위로, 이를 통해 다양한 연결 강도를 조정할 수 있는 '가소성'(可塑性·plasticity)이 뇌의 정보 저장에 중요한 역할을 한다.

이런 기능을 본뜬 '인공 시냅스'가 오래 전부터 개발됐으나 가소성의 범위가 좁거나, 충분히 정밀한 신호 강도 조절이 이뤄지지 않는 문제점이 있었다고 연구진은 설명했다.

KIST 연구진은 인공 시냅스 소자에 티타늄 전이 금속을 도입하고 소자 내에서 전극을 점선처럼 연결하는 구조를 도입했다고 설명했다.

KIST의 설명에 따르면 이렇게 새로 개발된 시냅스 반도체 소자는 점진적으로 신호강도를 늘리거나 줄여나가는 것이 가능했다.

KIST는 연결 강도가 다양해질수록 AI는 더 정밀하게 학습할 수 있게 되며, 개발한 소자의 가소성이 실제 뇌의 시냅스 대비 50배에 이른다고 설명했다.

연구진이 개발한 인공 시냅스 소자로 AI 이미지 인식 학습을 실험해 보니, 에러율은 기존 인공 시냅스 소자 대비 60% 이상 감소하고 손글씨 이미지 패턴 인식 정확도는 69% 이상 증가하는 것으로 나타났다.


교신저자인 정연주 박사는 "본 연구는 기존 시냅스 모방 소자의 가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선한 연구"라면서 "시냅스의 다양한 연결 강도를 표현하기 위한 소자의 아날로그 동작 영역이 극대화되었기 때문에 뇌 모사 기반 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것"이라고 기대했다.

다만, 이번 연구는 단일 소자에서 얻은 결과로, 이 소자를 더욱 소형화해 동일한 성능의 소자를 대량 생산하고 이를 바탕으로 집적화된 반도체 어레이를 제작해야한다고 했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요 사업과 한국연구재단 차세대지능형 반도체 기술개발사업으로 수행됐다.

연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 최신 호에 게재됐다.

/연합뉴스