국내 연구진이 뉴런 세포 동작을 모사하는 고신뢰성 차세대 저항 변화 소자(멤리스터) 어레이를 개발했다. 고집적도, 뉴로모픽 시스템 구현에 활용도가 높다.
한국과학기술원(KAIST)은 최신현 전기 및 전자공학부 교수팀이 이 같은 성과를 냈다고 7일 밝혔다.
사람의 뉴런은 들어오는 신호 크기와 주파수에 따라 스파이크를 내보내거나 내보내지 않는 방식으로 정보를 처리한다. 매우 적은 에너지로도 많은 데이터를 빠르게 처리할 수 있다. 이 때문에 효율적인 신경 신호전달 시스템을 모사한 뉴로모픽 하드웨어(HW) 기술 연구가 활발하다. 특히 멤리스터 소자가 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 구현을 위한 차세대 소자로 주목받는다.
멤리스터는 입력에 따라 소자 저항 상태가 바뀌는 소자를 뜻한다. 입력 전압 크기와 길이 등으로 소자 내부 저항값이 바뀌며 정보를 저장하거나 처리한다.
그러나 현존하는 멤리스터는 단위 소자 신뢰성, 수율 문제가 있다. 기존 멤리스터는 절연체 내부에서 필라멘트가 무작위적으로 생성되고 사라지며 동작하는데 이를 제어하기 힘들어 신뢰성이 낮다.
연구팀은 불안정한 특성을 보이는 기존 필라멘트 기반 멤리스터에서 벗어나 높은 안정성과 신뢰성을 확보했다. 필라멘트 기반 저항 변화가 아닌 점진적 산소 이동을 이용해 저항 변화 소자를 구현해 소자 신뢰성을 확보했다.
개발 소자는 자가 정류 특성, 높은 수율을 갖춰 대용량 어레이 형태 집적도 가능하다. 기존 멤리스터는 어레이화가 어려웠다. 연구진은 400개 고신뢰성 인공 뉴런 소자를 100% 수율 크로스바 어레이 형태로 집적하는 데 성공했다.
연구팀은 제작한 고신뢰성 인공 뉴런 어레이 기반 뉴로모픽 시스템을 이용, 항균성 단백질 아미노산 서열을 학습하고 새로운 항균성 단백질을 만들어내는 뉴로모픽 시스템을 구현했다.
제1 저자 박시온 석박통합과정 연구원은 “이번에 개발한 고신뢰성 인공 뉴런 소자는 안정적인 특성과 높은 수율을 바탕으로 차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “촉각 등을 감지하는 로봇의 인공 신경계, 시계열 데이터를 처리하는 축적 컴퓨팅 등 다양한 응용을 가능케 하여 미래 전자공학의 기반이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 삼성미래육성사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
