성균관대학교 연구진이 빛 신호만으로 학습과 기억 기능을 수행하는 인공 시신경 반도체 소자를 개발했다.

성균관대는 기계공학부 김태성 교수 연구팀이 반도체 구조를 원하는 형태로 설계하고 빛만으로 학습과 기억이 가능한 광전자 시냅스 소자를 개발했다고 9일 밝혔다.

최근 인공지능(AI)과 초연결 사회 확산으로 대량의 영상 정보를 실시간으로 처리하는 기술의 중요성이 커지고 있다. 이에 따라 인간 뇌의 신경망 구조를 모방한 뉴로모픽 반도체가 차세대 기술로 주목받고 있다. 하지만 기존 광전자 시냅스 소재는 구조를 정밀하게 제어하기 어렵고 넓은 면적에서 균일한 성능을 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 원자층이 여러 겹 쌓인 초박막 반도체 소재인 반데르발스 물질에 특수 플라즈마 공정을 적용해 하나의 소재 안에 서로 다른 구조를 구현하는 데 성공했다. 이를 통해 복잡한 추가 공정 없이도 빛 자극에 반응하는 인공 시신경 소자를 제작했다.

광전자 시냅스는 빛 신호를 이용해 인간의 신경세포와 시냅스 기능을 모방하는 반도체 소자다. 이번에 개발된 소자는 빛을 받아들이고 기억하는 기능을 동시에 수행할 수 있어 향후 영상 인식과 인공지능 연산을 효율적으로 처리하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 이번 성과가 소자 단계의 학습·기억 기능을 실제 인공지능 연산 기술로 확장할 수 있는 가능성을 보여줬다고 설명했다. 또 반도체 적층 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다는 점에서도 의미가 있다고 평가했다.

김태성 교수는 “이번 연구는 반도체 구조 자체를 설계해 빛으로 학습하고 기억하는 인공 시신경 소자를 하나의 공정으로 구현했다는 점에서 의미가 크다”며 “차세대 뉴로모픽 반도체와 인공지능 하드웨어 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 리더연구사업과 기초과학연구원(IBS), 산업통상자원부 반도체 특성화대학원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 성균관대를 비롯해 IBS 양자나노과학 연구단과 한국기계연구원이 공동 연구에 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 6월 3일 온라인 게재됐다.