전자전기공학부 박진홍 교수 연구팀,

인공지능의 기억을 빛으로 제어하는 광전자 시냅스 반도체 소자 개발

- 차세대 인공지능(뉴로모픽, 프로세싱-인-메모리 등) 칩 적용 기대

성균관대학교(총장 신동렬)는 전자전기공학부 박진홍 교수 연구팀(제1저자 서승환, 이제준 박사과정)이 카이스트 전기및전자공학과 김용훈 교수 연구팀(제1저자 이룡규 석사과정)과 함께 빛으로 작동하는 차세대 광전자 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다.

뉴로모픽 또는 프로세스-인-메모리 칩과 같은 인공지능 칩은 대량의 정보를 병렬적으로 처리하여 소비 전력을 최소화하고, 학습을 통해 자신의 연산 기능을 향상시킬 수 있어 차세대 정보처리 칩으로 각광받고 있다. 특히 최근 인공지능 칩의 병렬 정보처리와 학습 능력 구현에 필수적인 시냅스 모방 반도체 소자에 관한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

연구팀은 빛의 신호를 기억해낼 수 있는 감광성 메모리 특성을 지닌 2차원 반데르발스 반도체 소재를 활용하여, 빛으로 내부 전도도(가중치)를 제어하는 광전자 시냅스 반도체 소자를 구현하고, 이러한 특성이 반영된 하드웨어 합성 곱 신경망의 학습‧추론 동작을 확인하여 광전자 시냅스 반도체 소자의 지능형 시스템 향 활용 가능성을 성공적으로 입증했다.

ㅇ 연구팀은 원자 두께만큼 얇은 2차원 나노판상 구조를 갖는 레늄 이황화물(ReS2) 소재의 감광성 메모리 특성을 이론적/실험적으로 규명하고, 이를 소자의 채널로 활용하여 빛의 신호로 제어 가능한 광전자 시냅스 반도체 소자를 구현했다.

ㅇ 이렇게 구현된 광전자 시냅스 반도체 소자는 다양한 생물학적 시냅스 동작 특성을 모방하였으며, 이들로 구성된 하드웨어 합성 곱 신경망에서CIFAR-10 이미지 패턴에 대해 89.4%의 인지율을 확보하였다.

박진홍 교수는 “단일 시냅스 모방 반도체 소자를 개발하는 연구뿐만 아니라 다양한 신호를 감지해내는 반도체 센서를 활용한 뉴로모픽 칩 기능의 다각화와 관련된 후속 연구를 통해 앞으로 다양한 비정형 정보를 보다 효율적으로 처리할 수 있을 것”이라며 “향후 인공신경망 기반 차세대 컴퓨팅 시스템의 발전에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.

본 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 기초연구실), 박사과정생 연구장려금지원사업, 삼성전자 전략산학사업의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 어드벤스드 머티리얼즈(Advanced Materials, Frontispiece 선정, IF 30.849) 8.22(일) Early View 논문으로 게재되었다.

※ 논문명 : An Optogenetics-Inspired Flexible van der Waals Optoelectronic Synapse and its Application to a Convolutional Neural Network