인천대 김준동 교수 연구팀, 빛을 이용한 뉴로모픽 AI 컴퓨팅 기법 개발

빛 신호 이용한 투명 반도체 논리게이트와 메모리 기술

빛을 이용한 뉴로모픽 AI 컴퓨팅 기법이 Applied Materials 최신호에 '2D-SnS-Embedded Schottky Device with Neurotransmitter-Like Functionality Produced Using Proximity Vapor Transfer Method for Photonic Neurocomputing'제목으로 게재됐다./제공=인천대

인천대학교 전기공학과 김준동 교수 연구팀이 최근 빛을 이용한 뉴로모픽 (Neuromorphic, 인간의 신경망을 추종하는 반도체 기술) AI 컴퓨팅 기법을 발표했다.

인간의 뇌는 1000억 개가 넘는 신경세포 뉴런 (Neurons)과 뉴런의 1000배가 시냅스 (Synapses) 단위로 구성되어 있다. 인간의 뇌는 이렇게 많은 신경단위 시스템을 가지지만, 20W의 낮은 전력으로 인체에서의 입력신호 감지, 반응 동작 판단 및 결과에 대한 기억 등의 생체 컴퓨팅 (Bio-computing)을 수행한다.

본 연구에서는 빛신호(Light signals)를 기반으로 동작하는 투명한 인공신경망(뉴로모픽 소자)을 개발했다. 뉴로모픽 소자는 투명 반도체로 개발되었으며, 빛으로부터 전기에너지를 자체 생산하고, 이를 기반으로 외부전력의 공급이 없이 자력으로 동작하는 특징을 가진다.

본 투명 인공신경망-뉴로모픽 소자의 특징은 논리적 연산이 가능한 특징을 가지고 있는데, 파장이 다른 빛을 이용하여 ON/OFF 기능을 발현할 수 있다. 기존의 전기 신호를 대신하여 빛신호를 이용하여 다양한 논리게이트(AND, OR, NOT)를 구현했으며, 투명한 소자의 특징으로 인공눈이나 피부 및 통신 등 다양한 분야에 접목이 가능하다.



이번에 개발된 투명 뉴로모픽 소자는 신호에 대한 감지와 판단 (논리게이트)의 기능과 함께 반응에 대한 메모리 성능(기억 작용)을 동시에 수행할 수 있다. 기존 컴퓨팅 방식은 입력(Input), 데이터처리(Data Processing), 메모리 기능이 분리된 스테이지 작업으로 과전력 사용과 공간의 제약/밀집도 등의 문제가 있다. 그러나 빛을 이용한 무전력 통합 수행 (신호감지-처리-기억)은 기존 문제를 해결하고 새로운 뉴로모픽 컴퓨팅 방안을 제시했다.

나빈 쿠마(Naveen Kumar, 인도) 박사는 한국연구재단-해외고급과학자초빙(Brain Pool)사업 (NRF-2021H1D3A2A02096147)을 통해서 본 연구를 수행했다. 현재는 이탈리아 국립연구위원회 (National Research Council of Italy, CNR)에 선임연구원으로 재직하고 있으며, 본교와 지속적인 협력 연구를 수행하고 있다.

연구책임자인 김준동 교수는 "본 연구가 스스로 에너지를 공급하고 동작하는 투명 반도체의 초월성을 이용한 활용이라 밝히고 향후 기존의 틀을 벗어나는 특성 반도체 기술과 에너지 활용 분야에 더욱 진보된 기술 개발을 발표할 예정"이라고 말했다.

본 연구의 결과는 최근 Applied Materials 최신호에 '2D-SnS-Embedded Schottky Device with Neurotransmitter-Like Functionality Produced Using Proximity Vapor Transfer Method for Photonic Neurocomputing'제목으로 게재됐다. 관련 기술은 1차 특허 등록(10-2743896, 광신호로 동작하는 투명 멤리지터소자, 등록일자: 2024년 12월 12일)했으며, 진보된 기술의 연계 특허출원을 진행하고 있다. 인천=주관철 기자 orca2424002@