#3. 차세대 반도체 '뉴로모픽', 국내 연구 각축전
#3. 차세대 반도체 '뉴로모픽', 국내 연구 각축전
  • 신다혜 기자
  • 승인 2019.03.29 20:26
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‘과학(Science)’은 무엇인가? 혹자는 과학을 일컬어 보편적인 진리나 법칙의 발견을 목적으로 한 체계적인 지식이라고 말한다. 물론 틀린 말은 아니다. 하지만 조금 더 단순한 시각으로 바라보면 ‘과학’은 인류가 활동하는 모든 것의 시작점이고 결정체다.

과학은 인류 문명의 시작이며 인류의 삶의 변화를 위한 거대한 창작이다. 4차산업혁명 역시 과학의 시작에서 비롯되고 있다. 과학은 4차산업혁명 시대의 두뇌다. 과학이라는 체계적인 지식은 인류의 과거와 현재, 미래를 체계적으로 변화시켰고 변화시키고 있다.

글로벌 생활과학 전문 미디어 <데일리포스트>는 창간 5주년을 맞아 ‘과학’의 시작에서 비롯된 ‘4차산업혁명’을 주도할 차세대 과학기술의 현주소를 통해 앞으로 살아갈 미래 시대의 새로운 변화를 내다봤다. [편집자 주]


[데일리포스트=신다혜 기자] ‘뉴로모픽’을 둘러싸고 각국과 기업들이 연구개발에 각축전을 펼치고 있다. 뉴로모픽은 기존 컴퓨터와 달리 인간의 뇌구조를 모방했기 때문에 이미지와 소리까지도 패턴으로 인지할 수 있다. 데이터 입출력도 동시 수행하며 전력 소모도 기존 반도체와 비교해 1억분의 1수준으로 감소시킬 수 있다. 나날이 발전하는 AI와 머신러닝 기술의 핵심 요소로 주목받는 이유다. 

시장조사업체 IDC에 따르면 지난해 80억 달러(약 9조원)이던 세계 AI 시장 규모가 2022년엔 1000억 달러(약 112조원)를 넘어설 것으로 전망했다. 미래 시장 조사 기관 ‘퓨처마켓인사이트(Future Market Insights)’역시 보고서를 통해 “2015년 뉴로모픽칩의 전세계 판매금액은 15억달러에 불과했지만, 2026년까지 이 시장은 연평균 20.7%씩 급성장 할 것”으로 전망한 바 있다. 

◆ 뉴로모픽 연구, 글로벌 IT기업들과 국내 기업, 산학계도 총력전
뉴로모픽은 컴퓨터 아키텍처를 이전과 다르게 구상한다. 신경 과학(Neurology)을 적용해 인간의 뇌와 같은 기능을 하는 것. 뉴로모픽 칩 뇌의 뉴런들이 어떻게 의사소통하고 배우는지 학습한다. 또한 학습된 패턴과 연관성을 대응, 구성하고 결정을 내린다.

이에 따라 반도체 부품업계와 애플, 인텔, 퀄컴 등 글로벌 IoT 기업들뿐만 아니라 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 기업들도 연구개발에 박차를 가하고 있다. 

각 기업들은 뉴로모픽 칩이 인간의 뇌만큼 빠르고 효율적으로 학습하도록 하는데 주안점을 두고 있다. 뉴로모픽칩을 활용한 컨퓨팅은 나날이 진화하는 데이터를 학습하고 드론, 스마트시티 등 인프라를 구축하는데 엄청난 발전을 가져올 수 있기 때문이다. 

삼성전자와 SK하이닉스는 2016년 미국 스탠퍼드대학과 강유전체(ferroelectrics·强誘電體) 물질을 활용한 ‘인공신경망 반도체 소자 공동 연구개발’ 협약을 체결했다. 

당시 SK하이닉스는 전하 유입 여부를 통해 0과 1을 구분하는 기존의 반도체 입력 방법 대신 전압 크기에 따라 다양한 신호를 저장할 수 있는 유기물질 강유전체를 사용해 뉴로모픽 칩 개발 추진해왔다. 삼성전자 또한 삼성종합기술원 산하 두뇌컴퓨팅 연구실을 중심으로 뉴로모픽칩 개발, 세계 최고 수준의 기술을 이미 확보했다. 

국내 대기업뿐만 아니라 후공정 패키징(칩을 쌓은 공정) 국내 업체 네패스도 뉴로모픽스 칩 기술 개발을 추진해 왔다. 이미 지난 2017년 6월에 상용화 단계인 뉴로멤(NeuroMem)을 내놓기도 했다.

관련 산학계에서도 연구가 활발하다. 지난해 12월에는 한국연구재단에 따르면 박진홍 성균관대 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대, 캘리포니아대, 한양대와의 공동연구를 통해 색상과 형태 정보를 동시에 학습-인지할 수 있는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자 기술 개발에 성공했다고 공개했다.

박진홍 교수 연구팀은 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합해 다양한 색상에 따라 다른 시냅스 특성을 보이는 시신경 모방 광시냅스 반도체 소자를 구현, 이들로 구성된 광신경망을 활용해 색상과 형태를 동시에 학습-인지하는 데 성공했다.

박 교수는 “광 감지 반도체 소자뿐만 아니라 다양한 신호 감지 반도체 소자를 결합하는 후속 연구를 통해 대량의 비정형 정보를 효율적으로 처리할 수 있을 것”이라며 연구 의의를 설명했다. 

해당 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업, 기초연구사업(중견연구, 기초연구실)의 지원으로 수행됐다. 연구논문은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’의 2018년 11월 30일자에 게재됐다. 



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