인간 뇌처럼 계산하면서 기억하는 반도체 칩 나오나

↑ 광 시냅스 모방 소자에 전기 신호를 입력하고 있다. [자료제공 = ETRI]

국내 연구진이 신경세포의 시냅스를 인공적으로 재현해 인간의 뇌 활동을 닮은 반도체 칩을 구현하는 데 성공했다.
28일 한국전자통신연구원(ETRI)는 나노 두께 이차원(2D) 반도체 물질인 그래핀과 광통신 기술을 접목해 '광 시냅스 모방 소자' 핵심 기술을 개발했다고 밝혔다. 인간의 두뇌처럼 기억을 저장하면서 동시에 생각(계산)까지 하는 신경 모방 광컴퓨팅 기술 개발에 한 발짝 다가선 것이다. 컴퓨터는 메모리를 저장하는 부분과 계산하는 부분이 분리돼 있다. 반면, 사람의 뇌는 두 영역이 함께 공존한다.
연구진은 인간의 뇌처럼 기억과 연산이 함께 이뤄지는 컴퓨터를 만들면 신속한 정보 전달이 가능해질 것으로 보고 인간의 뇌 신경을 모방한 광 컴퓨팅 칩 개발에 힘써왔다. 사람 뇌 구조의 장점을 가져오기 위해 광 스위칭 소자의 이력현상을 제어하려 노력해 왔다. 즉 자극을 멈춰도 광신호의 출력을 일정 시간 기억했다가 신호의 세기를 유지하는 광 메모리 기능을 확보하려 노력한 것이다. 기존에는 자극 신호를 주면 작동하고, 신호를 멈추면 초기 상태로 돌아가는 광소자가 대부분이었다.
김진태 박사 등 ETRI 연구진은 그래핀을 활용해 광 이력현상이 발생할 수 있도록 소자를 디자인했다. 그래핀 위에 전도성 액체의 일종인 이온 젤을 발라 수직 방향으로 광신호를 보내 전원을 꺼도 정보가 유지되도록 만들었다. 광 신호가 일정 시간 유지되는 동안 다른 광신호가 유입되면 동시에 여러 가지의 연산이 가능해지고, 연산할 수 있는 용량(capacity)이 늘어날 수 있기 때문이다.
연구진은 또 전기 저항을 바꿔가며 신호를 줄 때 그 저항을 인식해 계산이 가능토록 만들었다. 이 방법은 회로가 복잡해지면서 간섭이 생겨서 집적도를 높이는 데 한계를 보였다. 전기 회로 대신 광 회로로 바꾸니 문제는 해소됐다.
ETRI에 따르면 사람이 사물을 보고 인식하는 데 걸리는 시간이 통상 0.06초 내외인데, 광 컴퓨팅 인식속도는 지금보다 더 빨라질 전망이다.
김승환 ETRI 바이오의료IT연구본부장은 "기존의 초고속 광 통신 기술과 접목해 생물학적 뇌 기능을 인공적인 광학기술로 모방하는 신경모방 광컴퓨팅 기술을 개발할 예정"이라며 "스스로 생각하는 칩을 만드는 것이 최종 목표"라고 말했다.
[김윤진 기자]