인간의 뇌 기능 모사한 인공 시냅스 소자 개발
인간의 뇌 기능 모사한 인공 시냅스 소자 개발
  • 함예솔
  • 승인 2018.08.27 23:20
  • 조회수 3113
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연구팀이 개발한 탄탈옥사이드 기반 인공시냅스 소자 모식도. 출처: DGIST
연구팀이 개발한 탄탈옥사이드 기반 인공시냅스 소자 모식도. 출처: DGIST

우리의 뇌에 있는 스냅스를 전자소자로 구현했다고 합니다. 이는 향후 인간 뇌에서 기억을 담당하는 뉴런과 시냅스 기능을 모사하는 뉴로모픽 시스템 인공지능 개발에 도움이 될 전망입니다. 시냅스는 인간의 뇌에 있는 뉴런과 뉴런이 신경흥분 신호를 주고받을 수 있도록 축색돌기와 수상돌기가 만나는 부분인데요. 뇌 속에 수십조~수백조개가 있는 것으로 알려져 있습니다. 뇌에서 정보를 전달하는 이러한 화학적 시냅스 정보 전달 시스템은 매우 적은 에너지로도 고도의 연산을 처리할 수 있어, 시냅스의 생물학적 기능을 모방한 '인공 스냅스 소자'에 대한 연구가 세계적으로 진행되고 있습니다.

 

DGIST 지능형소자융합연구실 이명재 연구실장이 이끈 연구팀은 전이금속 물질인 탄탈옥사이드를 Ta2O5-x 와 TaO2-x의 이중층으로 구조화해 우수한 신뢰성과 내구성을 가진 인공 시냅스 전자소자를 구현해냈습니다.

 

탄탈옥사이드 기반 인공 시냅스 소자 표면. 출처:DGIST
탄탈옥사이드 기반 인공 시냅스 소자 표면. 출처:DGIST

연구팀이 개발한 인공 시냅스 소자는 전기신호의 강도에 따라 탄탈옥사이트층의 저항값이 점진적으로 커지거나 작아지면서 뇌의 시냅스 기능을 모사한 전기적 시냅스 소자라고 할 수 있습니다. Ta2O5-x 의 한 층에서만 전류 제어가 가능하도록 함으로써 기존 소자가 가지고 있던 내구성의 한계를 극복하는데 성공했습니다. 또한, 뉴런 간의 시냅스 연결 강도를 조절해 기억을 저장하는 장기 강화작용, 기억을 지우는 장기 억제작용 등 기억의 생성, 저장, 삭제 과정인 시냅스 가소성을 구현하는 실험에도 성공했습니다.

 

연구팀이 적용한 비휘발성 다중치의 데이터 저장방식은 휘발성 CMOS(상보형금속산화반도체)와 같은 0, 1을 사용하는 디지털 신호 기반 데이터 저장방식과 비교했을 때, 시스템 면적이 작고 회로 연결이 덜 복잡하며 소모 전력을 1,000분의 1 이상 줄일 수 있다는 것이 장점입니다.

 

연구팀이 개발한 새로운 개념의 신뢰성 높은 인공 시냅스 소자는 저전력으로 병렬 연산이 가능해 방대한 양의 빅테이터 정보처리의 초절전소자나 회로로 사용할 수 있습니다. 이밖에도 머신러닝과 딥러닝 등의 인공지능(AI)개발, 두뇌 모방형 반도체와 같은 차세대 지능형 반도체 소자 기술에도 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

이명재 실장은 "이번 연구 결과를 통해 기존 인공 시냅스 소자의 신뢰성을 확보하고 단점으로 지적된 부분을 개선했다"며 "뉴런의 기능을 모방한 회로를 만들어 인간의 뇌를 모사하는 뉴로모픽 시스템 인공지능 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다. 이 연구는 재료과학 분야 국제학술지 <ACS 어플라이드 머티리얼즈& 인터페이스>에 게재됐습니다.



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