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- 국내 연구진이 원자 수준으로 얇은 2차원 신소재를 활용해 실제 인간 뇌의 시냅스 소모 에너지와 유사한 '인공 시냅스 소자' 개발에 성공했다는 소식입니다.

KIST(한국과학기술연구원) 곽준영 인공뇌융합연구단 박사 연구팀이 KAIST 강기범 교수팀·한국화학연구원 정택모 박사팀과 공동연구를 통해 새로운 원소 구성비의 2차원 절연체 신물질 합성 기술과 고성능·저전력 인공 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔습니다.

최근 동영상과 이미지 데이터의 비중이 커지면서 비정형 데이터의 처리가 미래의 인공지능(AI) 시스템 개발에서 핵심 요소로 주목받고 있는데요 이에 따라 현재의 과도한 전력 소모와 제한된 정보처리 성능을 극복하기 위해 고효율·저전력으로 정보 처리와 학습이 가능한 '뉴로모픽(Neuromorphic) 시스템'이 차세대 반도체 시스템으로 떠오르고 있습니다.

뉴로모픽 시스템은 인간의 뇌를 모사해 전력소모를 줄이며 컴퓨팅 성능을 높이고 이를 구현하기 위해서는 입력신호에 따라 뉴런간의 연결강도를 조절하는 '시냅스(synapse)'를 정밀하게 모사할수 있는 고성능 반도체 소자의 개발이 필요했습니다.

현재 주로 이용되는 실리콘 기반의 반도체 소자는 생물학적 시냅스와 비교해 에너지 소모가 크고 실제 신경계와 유사한 고집적 시스템을 모사하기엔 물리적 한계가 있어 이런 이유로 산화물과 유·무기물 등 재료 자체의 성질을 응용해 고성능의 인공 시냅스 소자를 구현하려는 연구가 활발히 진행중입니다.

최근 새롭게 부상중인 2차원 소재는 원자 수준으로 두께가 매우 얇아 반도체 소자의 고집적화에 큰 강점이 있을뿐 아니라 2차원 물질 자체의 고유한 특성으로 인해 빠른 스위칭 속도와 전하 이동속도 등 기존 실리콘 소재 대비 높은 성능을 가지고 있습니다.

연구진은 2차원 절연체 신물질과 2차원 반도체의 이종접합 구조를 기반으로 한 시냅스 소자를 개발해 작은 에너지에서도 효율적 전자 이동이 가능하게 만들었고 이런 물리적 특성을 활용해 균일한 시냅스 연결 강도의 변화를 보여 실제 인간의 시냅스 소모 에너지와 유사한 에너지로 동작하는 인공 시냅스 소자를 개발했습니다.

곽준영 박사는 "차세대 반도체 개발에 있어 실리콘의 대체재로 사용될수 있는 고효율 신소재 연구의 중요성이 커지는 가운데 본 연구에서 제시한 2차원 절연체 신물질과 반도체의 이종접합 구조를 기반으로한 시냅스 소자는 두뇌의 동작 원리를 정밀하게 모사할수 있는 고차원의 뉴로모픽 하드웨어를 구현하는 측면에서 우수한 경쟁력을 가질수 있다"고 평가했습니다.

한편 이번 연구는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 차세대지능형반도체 기술개발사업, 정보통신기획 평가원 신개념 PIM반도체 선도기술개발사업등의 지원으로 수행되었습니다.