고려대학교는 KU-KIST 융합대학원 왕건욱 교수와 박영란 연구교수 연구팀이 전기 신호와 빛 신호를 동시에 출력하는 ‘이중 출력 인공 시냅스’를 개발했다고 23일 밝혔다. 하나의 AI 반도체에서 서로 다른 작업을 동시에 수행할 수 있는 구조로 차세대 저전력 멀티태스킹 인공지능 구현 가능성을 제시했다.

기존 AI 반도체는 특정 작업에 맞춰 설계돼 여러 작업을 수행하려면 연산을 분리하거나 순차 처리해야 했다. 이 과정에서 전력 소모가 증가하고 처리 속도가 떨어지는 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 하나의 인공 시냅스에서 전기와 빛 신호를 동시에 출력하는 구조를 설계했다.

두 신호는 각각 독립적인 학습 경로로 활용되면서도 동일한 학습 상태를 공유한다. 추가적인 시냅스 배열이나 반복 연산 없이 병렬 학습이 가능해 구조적 비효율을 줄였다. 서로 다른 성격의 작업을 하나의 하드웨어에서 동시에 수행할 수 있는 기반을 마련한 것이다.

실험 결과 반복 학습 환경에서도 시냅스 성능이 안정적으로 유지됐으며 1000단계 이상의 시냅스 상태를 확보했다. 멀티태스킹 학습에서도 기존 학습 정보 손실이 발생하지 않아 신뢰성을 확인했다.

해당 구조를 적용한 AI 시스템은 기존 단일 작업 방식보다 계산 속도가 최대 47% 향상됐고 이미지 재구성 속도도 약 29% 개선됐다. GPU 기반 AI 가속기와 비교하면 에너지 소모는 최대 32.4배 감소한 것으로 나타났다.

왕 교수는 “전기와 빛 신호를 동시에 활용하는 인공 시냅스를 통해 멀티태스킹 AI 하드웨어의 새로운 구조를 제시했다”며 “로보틱스, 의료·헬스케어, 자율주행 등 복합 판단이 필요한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 성과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발행하는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 2월 20일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 중견연구사업, 나노소재원천기술개발사업, 한국과학기술연구원 위탁연구 지원으로 수행됐다.