인간 뇌처럼 기능하는 반도체 개발됐다

국내 연구팀, 삼차원 인공지능 반도체 칩 세계 최초 구현

▲ 삼차원 인공지능 반도체 칩의 개략도. [사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 인간의 뇌를 모사해 뇌와 비슷한 기능을 하는 반도체 원천기술을 개발했다.

반도체 칩의 원형이라고 할 수 있는 폰노이만(Von Neumann) 방식은 단순한 작업을 빠르고 효율적으로 해내는 것에는 우수한데 유연성, 적응력, 진화, 학습 등 인간의 뇌와 같은 기능을 하기에는 한계가 있다.

인간의 뇌를 모사해 감각, 인지, 상호작용 등이 가능한 인공지능 반도체 칩을 구현해 무인자동차, 스마트로봇 등의 분야에 적용하기 위한 연구가 IBM, Coogle, 유럽연합 등 전 세계에서 활발하게 진행되고 있다.

전자회로에서 신호전달 스위치 역할을 하는 '나노기계'를 인간의 뇌 모양과 유사한 3차원 형태로 집적하기 위해 연구팀은 그동안 새로운 구조와 전압레벨에 대한 연구를 지속적으로 실시했다. 전기와 기계의 상이한 연구 분야를 통합적으로 해석할 수 있는 모델링을 구축해 왔다.

나노기계는 전자회로의 금속 배선을 이용해 다양한 경로로 신호를 전달하는 스위치를 말한다.

기존의 이차원 상보형 금속 산화물 반도체 회로에 나노기계 회로를 삼차원으로 집적하는데 성공했다. 기존 반도체 대비 50% 이하의 매우 낮은 에너지로 인간의 뇌와 유사한 기능을 수행할 수 있음을 처음 규명했다.

연구팀이 삼차원 융합 집적 기술을 이용해 개발한 인공지능 반도체 칩은 기존에 이차원으로 집적된 CMOS 회로 기술로 개발된 인공지능 반도체 칩과 비교해 400% 이상 향상된 집적도와 50% 이상 낮은 에너지 소모를 보였다.

반도체를 인간의 뇌와 유사하게 주변 환경이나 이용자의 성향에 따라 스스로 학습해 기능을 변경하고 진화할 수 있게 하는 세계적 원천 기술이다. 삼차원 인공지능 반도체 칩은 고성능·고집적·저전력 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA)에 적용이 가능해 국내 비메모리 반도체 산업 발전에도 기여할 것으로 기대된다.

서강대 최우영 교수 연구팀이 이번 연구를 수행했다. 연구결과는 전자공학분야 학술지인 미국 전기전자학회 전자소자지(IEEE Electron Device Letters) 9월 1일자(논문명: Three-dimensional integration of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-nano-electromechanical (NEM) hybrid reconfigurable circuits)에 실렸다.

최우영 교수는 "연구를 통해 인간의 뇌를 모사한 삼차원 반도체 인공지능 칩의 원천 기술을 개발했다"며 "인간을 더욱 잘 이해하고 상호 교감할 수 있는 전자기기를 구현에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr