김준동 인천대학교 전기공학과 교수 연구팀은 최근 빛을 이용한 뉴로모픽 AI 컴퓨팅 기법을 발표했다. 뉴로모픽은 인간의 신경망을 추종하는 반도체 기술이다.
인간의 뇌는 1000억개가 넘는 신경세포 뉴런과 뉴런의 1000배가 시냅스 단위로 구성돼 있다. 인간의 뇌는 이렇게 많은 신경단위 시스템을 가지지만, 20W의 낮은 전력으로 인체에서의 입력신호 감지·반응 동작 판단 및 결과에 대한 기억 등의 생체 컴퓨팅을 수행한다.
이번 연구에서는 빛신호를 기반으로 동작하는 투명한 인공신경망(뉴로모픽 소자)을 개발했다. 뉴로모픽 소자는 투명 반도체로 개발됐다. 빛으로부터 전기에너지를 자체 생산하고 이를 기반으로 외부전력의 공급이 없이 자력으로 동작하는 특징을 가진다.
뉴로모픽 소자의 특징은 논리적 연산이 가능하다는 점이다. 파장이 다른 빛을 이용하여 ON·OFF 기능을 발현할 수 있다. 기존의 전기 신호 대신 빛 신호를 이용해 다양한 논리게이트를 구현했다. 또 투명한 소자의 특징으로 인공눈이나 피부 및 통신 등 여러 분야에 접목 가능하다.
특히 신호에 대한 감지 및 판단의 기능과 함께 반응에 대한 메모리 성능(기억 작용)을 동시에 수행할 수 있다. 기존 컴퓨팅 방식은 입력, 데이터처리, 메모리 기능이 분리된 스테이지 작업으로 과전력 사용과 공간의 제약·밀집도 등 문제를 안고 있었다. 그러나 빛을 이용한 무전력 통합 수행은 기존 문제를 해결하고 새로운 뉴로모픽 컴퓨팅 방안을 제시한다.
인도의 나빈 쿠마 박사는 한국연구재단·해외고급과학자초빙사업을 통해 이번 연구를 수행했다. 현재는 이탈리아 국립연구위원회(CNR)에 선임연구원으로 재직하고 있으며 인천대와 지속적인 협력 연구를 하고 있다.
연구책임자인 김준동 교수는 3일 “이번 연구는 스스로 에너지를 공급하고 동작하는 투명 반도체의 초월성을 이용한 활용”이라고 설명했다. 이어 “향후 기존의 틀을 벗어나는 특성 반도체 기술과 에너지 활용 분야에 더욱 진보된 기술 개발을 발표할 예정”이라고 덧붙였다.
이번 연구의 결과는 최근 ‘Applied Materials’ 최신호에 ‘2D-SnS-Embedded Schottky Device with Neurotransmitter-Like Functionality Produced Using Proximity Vapor Transfer Method for Photonic Neurocomputing’ 제목으로 게재됐다. 관련 기술은 1차 특허 등록됐으며 진보된 기술의 연계 특허출원도 진행되고 있다.
인천=김민 기자 ki84@kmib.co.kr