▲사진 왼쪽부터 박배호 교수, 윤찬수 박사과정생. (사진=건국대)
스냅스 소자(Ag/PZT/LSMO)는 인간 뇌의 뉴런과 뉴런 또는 뉴런과 다른 세포의 접합 부위인 시냅스의 생물학적 기능을 모방하는 소자를 말한다.
연구팀에 따르면 현재 사용되는 인공지능 하드웨어는 실리콘 반도체 기반의 기존 컴퓨터를 사용해 부피가 크고, 에너지 소모가 많은 단점이 있다. 인간 뇌에서는 1000조개의 시냅스가 기억·학습·판단 기능을 수행하면서도 전력소모는 10W에 불과할 정도로 에너지 효율과 집적도가 높아 이를 인공지능 시스템에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
박배호 건국대 교수팀은 외부 전기장 없이도 전기 분극(分極)을 보이는 강유전체(외부의 전기장 없이도 자발 분극을 가지는 물질) 분극(강유전체 내부의 전하분포가 양전하와 음전하로 배열되는 현상) 전환과 외부 전기장에 의해 금속 원자가 산화돼 이동하는 ‘금속이온 이동’을 이용, 인간 뇌와 비슷한 크기의 인공지능을 만들 수 있고 에너지 소모도 매우 적은 시냅스 소자를 개발했다는 것.
이 소자의 두께는 기존에 비해 1/2~1/20의 크기로 매우 얇고 에너지 소비량도 매우 적으며 고집적 소자다. 나노미터 두께의 작은 크기 소자이어서 동일한 면적에 들어가는 소자를 고밀도로 쌓을 수 있다는 설명이다.
박배호 교수는 “이 연구는 인간의 ‘뇌’ 만한 크기의 인공지능 하드웨어로 응용할 수 있는 자가 선택적 학습제어가 가능한 초저에너지 고집적 시냅스 소자를 개발한 것”이라며 “앞으로 인간의 뇌신경을 모방한 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원으로 수행, 자연과학 및 응용과학 분야 국제적인 학술지인 나노 레터스 (Nano Letters) 2월 25일자(교신저자 박배호 교수, 제1저자 윤찬수 박사과정)에 게재됐다.
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