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▲ 2차원 반데르발스 소재 기반 유연-광 시냅스 반도체 소자 개발 (자료=성균관대) |
뉴로모픽 또는 프로세스-인-메모리 칩과 같은 인공지능 칩은 대량의 정보를 병렬적으로 처리하여 소비 전력을 최소화하고, 학습을 통해 자신의 연산 기능을 향상시킬 수 있어 차세대 정보처리 칩으로 각광받고 있다. 특히 최근 인공지능 칩의 병렬 정보처리와 학습 능력 구현에 필수적인 시냅스 모방 반도체 소자에 관한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.
연구팀은 빛의 신호를 기억해낼 수 있는 감광성 메모리 특성을 지닌 2차원 반데르발스 반도체 소재를 활용하여, 빛으로 내부 전도도(가중치)를 제어하는 광전자 시냅스 반도체 소자를 구현하고, 이러한 특성이 반영된 하드웨어 합성 곱 신경망의 학습·추론 동작을 확인하여 광전자 시냅스 반도체 소자의 지능형 시스템 향 활용 가능성을 성공적으로 입증했다.
연구팀은 원자 두께만큼 얇은 2차원 나노판상 구조를 갖는 레늄 이황화물(ReS2) 소재의 감광성 메모리 특성을 이론적/실험적으로 규명하고, 이를 소자의 채널로 활용하여 빛의 신호로 제어 가능한 광전자 시냅스 반도체 소자를 구현했다. 이렇게 구현된 광전자 시냅스 반도체 소자는 다양한 생물학적 시냅스 동작 특성을 모방하였으며, 이들로 구성된 하드웨어 합성 곱 신경망에서CIFAR-10 이미지 패턴에 대해 89.4%의 인지율을 확보하였다.
박진홍 교수는 "단일 시냅스 모방 반도체 소자를 개발하는 연구뿐만 아니라 다양한 신호를 감지해내는 반도체 센서를 활용한 뉴로모픽 칩 기능의 다각화와 관련된 후속 연구를 통해 앞으로 다양한 비정형 정보를 보다 효율적으로 처리할 수 있을 것"이라며 "향후 인공신경망 기반 차세대 컴퓨팅 시스템의 발전에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 설명했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 기초연구실), 박사과정생 연구장려금지원사업, 삼성전자 전략산학사업의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 어드벤스드 머티리얼즈(Advanced Materials, Frontispiece 선정, IF 30.849) 8.22(일) Early View 논문으로 게재되었다. (논문명 : An Optogenetics-Inspired Flexible van der Waals Optoelectronic Synapse and its Application to a Convolutional Neural Network)
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▲ 광-시냅스 반도체 소자 활용, 차세대 지능형 시스템 향 활용 가능성 입증 (자료=성균관대) |
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