연구 개념도(아주대 서형탁 교수 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 우리 신경세포와 유사한 수준의 초저전력에서 초고속으로 신호를 전달할 수 있는 멤트랜지스터를 개발하고 이를 토대로 신경회로 기능 구현에 성공했다.17일 한국연구재단에 따르면 일반적인 트랜지스터의 신호처리 기능에 신호를 강화하거나 약화하는 방식으로 학습기능을 더한 것이 멤트랜지스터이다.

인공지능을 이용한 컴퓨팅이나 센싱을 위해 신경세포의 정보처리 과정을 본뜬 인공 시냅스를 구현하려는 이같은 노력이 이어져 왔다.
  
기존 디지털 집적회로와 달리 입력신호 이력에 따라 학습이 가능하고 신호처리와 메모리 기능이 통합된 다차원 스위칭이 되는 소자의 개발이 시도됐다.

하지만, 저전력 구동, 고속 스위칭, 스위칭 신뢰성 모두를 만족시키기는 어려웠다.

이에 아주대 서형탁 교수 연구팀은 외부자극에 의해 가역적으로 금속과 절연체 사이 급속 전이 스위칭이 가능한 바나듐 산화물을 기반으로 인공시냅스로 활용할 수 있는 박막 소재를 개발했다.

특히, 정밀 조성제어를 통해 상용 실리콘 기판 위에 바나듐 산화물 상부층과 이산화바나듐 복합 산화물 하부층으로 구성된 이중층 구조를 설계했다.

수평 방향으로의 금속-절연체 급속전이 현상에 의한 스위칭뿐만 아니라 이중층 구조를 통해 수직 방향으로의 저항을 제어하는 산소 이온의 이동도 유도해 스위칭 위치를 제어할 수 있는 것이 특징이다. 나아가 개발한 이중층 소재로 3전극 트랜지스터를 제조, 생체 시냅스의 여러 기능을 초저전력, 초고속으로 모사하는 데 성공했다.

인공 시냅스의 자극신호인 활동전위 펄스의 소모에너지는 특정 조건에서 생체 시냅스 활동전위와 유사한 수준으로 현재까지 개발된 인공 시냅스 중 최저 수준이라는 설명이다.

또, 입력되는 활동전위의 형태에 따라 신호 강화 또는 약화의 학습기능을 보였으며, 24만번 이상의 펄스 스위칭 반복에도 정확한 출력값을 보이는 신뢰성을 보여줬다.

다만, 상용화를 위해 상용 집적회로 수준으로 소자의 크기를 축소하는 것과 신호차이(on/off)를 극대화하는 후속연구가 필요할 것으로 보고 있다.

연구팀은 비휘발성 메모리 기능의 보완도 필요한 만큼 궁극적으로 기존 집적회로와 통합하는 연구를 진행할 계획이다.

한편, 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어스밴스드 펑셔널 머터리얼스’에 10일 표지논문으로 게재됐다.


km5030@news1.kr