- 늘리고 접힐 수 있는 특성 활용… 전자피부, 웨어러블 기기 활용
인하대학교는 이문상·함명관 신소재공학과 교수 연구팀이 2차원 나노 소재 도핑 기술을 활용한 차세대 인공 시냅스 소자를 개발했다고 23일 밝혔다.
뉴로모픽 반도체는 인간의 뇌 구조를 반도체 소자에 모사해 전력 소모를 줄이면서 병렬연산이 가능한 컴퓨팅 기술로 차세대 반도체 산업 기술로 주목받고 있다.
인간의 뇌를 구성하는 뉴런(신경계 기본 세포)이 스파이크 신호를 발생시키면 시냅스(뉴런의 접합부)를 통해 다른 뉴런으로 신호를 보내는 정보 전달 방식을 활용했다.
이를 위해선 시냅스의 다양한 연결강도를 표현하는 고성능 아날로그 인공 시냅스 소자가 필요하다. 차세대 인공 시냅스 소자는 선형성, 대칭성, 멀티레벨 저장 등 시냅스 특성이 강화된 소자 구현이 중요하지만 기존 2차원 나노소재 트랜지스터 기반의 인공 시냅스 소자는 이를 구현하는 데 어려움이 있다.
연구팀은 2차원 나노 소재 물질 중 하나인 텅스텐 다이셀레나이드(tunsten diselenide·WSe2)의 도핑 기술을 활용해 선형성, 대칭성, 멀티레벨 저장 능력이 향상된 인공 시냅스 소자를 구현하면서 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 적용 가능성을 확인했다.
이번 성과는 늘리고 접을 수 있는 특성(flexible and stretchable)을 다양한 종류의 2차원 나노소재 기반 인공 시냅스 소자에 사용할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 전자 피부, 웨어러블 기기 등 엣지 컴퓨팅 기기로의 응용 가능성을 넓혔다는 평가를 받고 있다.
이문상 인하대학교 신소재공학과 교수는 “2차원 나노 소재를 이용해 시냅스 특성이 강화된 인공 시냅스 소자를 구현한 점에서 뉴로모픽 엣지 컴퓨팅 응용 가능성을 밝혔다는 데 큰 의의가 있다”며 “최종 사용자를 타겟으로 한 차세대 고성능 인공지능 엣지 시스템을 구현할 수 있는 가능성을 확인한 연구 결과”라고 말했다.
함명관 인하대학교 신소재공학과 교수는 “이번 연구로 기존 2차원 나노 소재가 가지고 있는 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구 성과는 재료공학 분야의 세계적인 학술지인 ACS Applied Materials & Interfaces 온라인판에 최근 표지 논문으로 선정돼 게재됐다. 제1저자는 인하대학교 신소재공학과 석사과정인 박진아 학생이며 김승규, 박규민, 윤지찬, 박지향, 유보림 학생이 공동연구를 진행하고 공동교신저자로 이문상, 함명관 교수가 참여했다.
* 뉴로모픽 컴퓨팅: 인간의 신경망 구조와 같이 모든 칩을 병렬로 연결해 연산과 저장을 한 번에 할 수 있는 컴퓨팅 기술. 연산과 저장이 가능한 인-메모리 컴퓨팅과 동일한 개념이나 뇌 신경망 구조를 활용했다는 점에서 인 메모리 컴퓨팅과 비교해 진화한 기술로, 뉴로모픽 반도체 내 소자는 인간 뇌의 뉴런(연산), 메모리는 시냅스 (기억) 역할을 담당
* 시냅스가소성: 시냅스가 활동의 증가 또는 감소에 반응하여 시간이 지남에 따라 강화 또는 약화되는 능력.
