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뇌신경 모방한 AI 반도체 부품 세계 최초로 개발

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KIST, 스커미온 이용한 뉴로모픽 컴퓨터 핵심 기술개발
AI 반복학습에 필요한 전력 10배 절약 가능해


파이낸셜뉴스

인공지능. 게티이미지 제공

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[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 인간의 두뇌 신경시스템 같은 컴퓨터를 만드는데 필요한 인공지능(AI) 반도체 부품의 핵심 기술을 개발했다. 이 부품을 이용하면 기존의 AI 컴퓨터 시스템을 가동했을 때보다 10배 이상의 전력을 절약할 수 있다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 송경미 박사, 주현수 박사, 장준연 소장 그리고 우성훈 IBM 박사 공동연구팀이 스커미온을 이용해 세계 최초로 뉴로모픽 컴퓨터 핵심 부품을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구진은 향후 이 부품을 더 작고 여러개를 연결한다면 기존에 사용하는 PC의 중앙처리장치(CPU)와 메모리를 결합한 AI CPU를 만들 수 있을 것으로 전망하고 있다.

KIST 송경미 박사는 "지금껏 이론으로만 제시됐던 스커미온 기반의 인공 시냅스 부품을 세계 최초로 만든 연구 결과"라고 설명했다.

이 원리는 스커미온을 전기적으로 제어해 이용한 것으로 뇌 신경세포인 뉴런에서 흥분과 자극을 전달하는 시냅스 속 전자스핀의 움직임을 모방한 것이다.

연구진이 이 인공 시냅스 재료를 이용해 손글씨 숫자 패턴(MNIST) 인식 학습을 진행한 결과 1만5000회 학습만으로도 90%의 높은 인식률을 얻었다. 기존 인공 시냅스 재료는 90% 수준의 인식률을 얻기 위해 수십만번의 반복 학습이 필요했다. 연구진이 개발한 기술은 필요 전력이 10%에도 못미친다는 뜻이다.

송경미 박사는 "전기적으로 제어되는 스커미온의 개수에 따라 시냅스 가중치를 제어해 신경전달물질의 양으로 시냅스를 조절하는 인간의 뇌를 가장 밀접하게 모방했다"고 말했다.

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KIST 연구진이 개발한 나노 자성구조체인 스커미온을 이용한 초저전력 인공지능 반도체 부품. KIST 제공

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이번 연구결과는 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스' 온라인 판에 16일 게재됐다.

한편 스커미온은 소용돌이 모양으로 배열된 스핀 구조체로 특유의 구조적 안정성, 나노미터 수준의 작은 크기 그리고 생성 및 개수 조절이 용이한 장점을 가져 메모리, 논리소자, 통신 소자 등 차세대 전자부품에 적용하기에 매우 유용하다.

더욱이 개개의 스커미온은 각각 고유한 전기 저항을 가져, 스커미온 개수에 따른 저항 변화를 아날로그적으로 조절하고 측정 할 수 있다. 이런 우수한 특성으로 인해 스커미온 기반의 인공 시냅스 부품 개발에 대한 관심이 높았으나, 스커미온을 전기적으로 제어하는 기술적 어려움으로 인해 현재까지 이론적으로만 예측했다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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