(서울=뉴스1) 김지현 기자 = 성균관대학교 김태성 기계공학부 교수 연구팀이 빛만으로 학습과 기억 기능을 구현할 수 있는 인공 시신경 반도체 소자를 개발했다.
8일 성균관대에 따르면 이번 연구는 반도체 구조를 원하는 형태로 설계하면서도 빛 신호를 활용해 인간의 신경세포와 시냅스 기능을 모방할 수 있는 광전자 시냅스 소자를 구현한 것으로, 차세대 인공지능(AI) 반도체 분야에서 활용 가능성을 제시했다.
인공지능과 초연결 사회가 본격화되면서 방대한 영상 데이터를 실시간으로 처리하는 뉴로모픽 비전 시스템의 중요성이 커지고 있다. 광전자 시냅스는 빛 신호를 이용해 인간 뇌의 학습·기억 기능을 모사하는 핵심 기술로 주목받고 있지만, 기존 소재는 구조를 정밀하게 제어하기 어렵고 대면적에서 균일한 성능을 구현하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 차세대 초박막 반도체 소재인 반데르발스 물질에 특수 플라즈마 공정을 적용해 하나의 소재 안에 서로 다른 구조를 동시에 구현하는 데 성공했다. 이를 통해 복잡한 적층 공정 없이도 빛 자극에 반응하는 인공 시신경 소자를 제작할 수 있었다.
연구 결과 해당 소자는 빛 자극에 따라 학습과 기억 기능을 수행하는 것으로 확인됐다. 또한 인공지능 이미지 인식 실험에서는 96.24%의 높은 정확도를 기록했으며, 기존 구조 대비 기억 유지 성능도 34.7% 향상된 것으로 나타났다.
연구팀은 이번 기술이 소자 자체에서 학습과 기억 기능을 수행하는 동시에 이를 실제 인공지능 연산으로 확장할 수 있는 가능성을 보여줬다고 설명했다. 특히 반도체 구조 설계 단계에서부터 기능을 구현함으로써 기존 3차원 반도체 적층 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다는 점에서 의미가 있다고 평가했다.
김태성 교수는 "이번 연구는 반도체 구조 자체를 설계해 빛으로 학습하고 기억하는 인공 시신경 소자를 단일 공정으로 구현했다는 점에서 의미가 크다"며 "차세대 뉴로모픽 반도체와 인공지능 하드웨어 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단 리더연구사업과 기초과학연구원(IBS), 산업통상자원부 반도체 특성화대학원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 성균관대학교와 IBS 양자나노과학 연구단, 한국기계연구원이 공동 연구에 참여했으며 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 'Advanced Materials'에 지난 3일 온라인 게재됐다.
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