두 반도체의 접합으로 더욱 똑똑해진 뉴로모픽 반도체
두 반도체의 접합으로 더욱 똑똑해진 뉴로모픽 반도체
  • 성대신문
  • 승인 2020.09.21 14:57
  • 호수 1667
  • 댓글 2
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연구 INSIDE-우리 학교 전자전기컴퓨터공학과 박진홍 교수 연구팀

우리 학교 일반대학원 전자전기컴퓨터공학과 박진홍 교수 연구팀은 인간 두뇌의 학습 원리를 모방한 차세대 뉴로모픽 반도체의 정보처리 능력을 획기적으로 향상할 수 있는 더 똑똑한 인공지능 반도체 소자를 개발했다. 아직 잘 알려지지 않은 뉴로모픽 반도체와 박진홍 교수 연구팀이 개발한 인공지능 반도체 소자에 대해 알아보자.

인간의 뇌 기능을 모방한 뉴로모픽 반도체
기존의 반도체는 연산장치에서 저장장치 데이터를 전송할 때 하나씩 순차적으로 보내는 직렬 통신방식을 사용했다. 이는 한 부분에 데이터가 집중돼 전체 시스템에 성능이 저하되는 병목현상을 발생시켰다. 이로 인해 기존의 반도체는 전력 소모와 처리속도 향상 문제를 일으키는 등 에너지 효율성에 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복한 것이 뉴로모픽 반도체다.

뉴로모픽(neuromorphic)이란 ‘신경망을 모방한’이라는 뜻으로 뉴로모픽 반도체는 인간의 두뇌처럼 정보를 병렬적으로 처리하는 반도체다. 인간의 두뇌에서 뉴런은 자극을 받았을 경우 전기를 발생 시켜 다른 세포에 정보를 전달하는 역할을 한다. 그리고 시냅스는 한 뉴런의 끝부분과 다음 뉴런 사이의 연결 부위로 뉴런과 뉴런 사이의 정보를 전달해준다. 뉴로모픽 반도체는 인간의 두뇌처럼 다수의 뉴런과 시냅스가 동시에 작동한다. 그러므로 기존의 반도체와 달리 하나의 반도체 안에서 낮은 수준의 전력으로 저장과 연산은 물론 인식, 패턴 분석까지 할 수 있다. 이러한 장점으로 학계뿐만 아니라 여러 반도체 기업에서는 전 세계적으로 뉴로모픽 반도체와 관련된 연구와 개발을 활발히 진행하고 있다.

한편 뉴로모픽 반도체에도 단점은 있다. 기존의 뉴로모픽 반도체는 P형 혹은 N형 중 하나만을 사용하는 단일 반도체를 기반으로 하므로 인공지능 기술 수준이 현재 사용하는 *폰 노이만 체계에 도달하지 못한다. 대표적인 원인은 뉴로모픽 반도체를 구성하고 있는 반도체 소자의 비선형적인 전도도 때문이다. 전도도는 두 뉴런 사이의 신호 전달 정도를 뜻한다. 비선형적인 시냅스의 전도도는 시냅스의 전도도가 증가한 만큼 감소하지 않고 불규칙적이기 때문에 문제가 발생한다. 시냅스의 전도도가 증가한 만큼 감소하지 않으면 불필요한 정보를 망각할 수 없다. 그러므로 시냅스의 전도도는 선형적으로 증가 혹은 감소해야 한다.

증가도 감소도 선형적으로
이번 연구에서 박진홍 교수 연구팀은 앞서 말한 단일 뉴로모픽 반도체의 단점을 극복한 혼성 뉴로모픽 반도체 소자를 만드는 데 성공했다. 연구팀은 P형 반도체와 N형 반도체를 결합해 선형적인 전도도 증가와 감소를 동시에 갖는 반도체 소자를 구현했다. 기존의 단일 뉴로모픽 반도체 소자는 P형 반도체 혹은 N형 반도체만을 사용해왔다. P형 반도체는 전도도가 선형적으로 증가하지만 약화할 때는 비선형적 특성을 가진다. 반면 N형 반도체는 전도도가 비선형적으로 증가하지만 전도도의 약화 측면에서는 선형적으로 감소한다. 이 두 가지 반도체의 선형적인 측면만을 결합한 것이 이번 연구의 혼성 뉴로모픽 반도체 소자다. 또한 이들로 구성된 하드웨어 인공신경망을 활용하면 음성 정보 패턴 인식률을 기존 반도체 소자보다 15% 이상 크게 향상할 수 있다. 

혼성 뉴로모픽 반도체 소자를 만들기 위해서는 수십 단계의 반도체 공정과정이 필요하다. 제1저자인 서승환(일반대학원 전자전기컴퓨터공학과 석박사통합과정·7기) 원우는 연구의 시행착오에 대해 “공정과정을 통해 반도체 소자가 구현되더라도 공정 중 발생하는 여러 예측 불가한 요소로 원하는 특성을 쉽게 얻지 못했다”고 전하며 “꾸준히 반복 제작해 문제를 줄여나감으로써 해결할 수 있었다”고 밝혔다. 하지만 혼성 뉴로모픽 반도체 소자를 이용해 하드웨어 인공신경망을 구현할 때, 필요로 하는 주변 회로가 복잡해질 수 있다는 점은 후속 연구를 통해 풀어나가야 한다. 또한 서 원우는 “후속 연구를 통해 기존의 인공지능이 처리하기 힘든 추상적인 정보를 보다 효율적으로 처리할 수 있을 것 같다”고 전하며 앞으로의 계획을 밝혔다.

폰 노이만 체계=주기억 장치, 중앙 처리 장치, 입출력 장치들로 구성된 전형적인 3단계로 이루어진 프로그램 내장형 컴퓨터 구조로 오늘날 사용하고 있는 대부분 컴퓨터의 기본 구조.

박진홍 교수
ⓒ박진호 교수 제공
서승환 제1저자
ⓒ서승환 원우 제공

 



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윤진한 2020-10-05 22:43:35
국사 성균관의 정통승계한 성균관대 졸업해야 생원.진사등의 양반됨.

국사 성균관(성균관대) 나라에서,주권.학벌없는 패전국 奴隸 賤民 일본잔재 경성제대후신 서울대와 그 추종세력이 대중언론에서 항거하던 나라. 국사 성균관 자격 Royal성균관대는한국 최고(最古,最高)대학. 세계사를 반영하여 국제관습법상 교황윤허 서강대도 성대 다음 Royal대로 예우. Royal 성균관대와 서강대는 일류.명문대학.
http://blog.daum.net/macmaca/2983

윤진한 2020-10-05 22:43:01
성대졸업생이며 성대신문 애독자입니다.

대학.교육.종교관련 관심이 지대한 독자입니다.

세계역사 변하지 않음. 세계 최초의 대학 중국 태학.국자감(베이징대로 계승),서유럽의 볼로냐.파리대, 한국사 성균관(성균관대). 동아시아 세계종교 유교(하느님,공자숭배),서유럽 세계종교 로마가톨릭(하느님, 예수숭배. 서유럽에서 중남미.필리핀에 걸쳐 더 광범위한 세계종교로 확장). 세계4대 발명품 중국의 종이,화약,나침판,인쇄술. 근대세계의 지배세력 서유럽. 2차대전후의 UN안보리 5대 상임이사국(중국,프랑스,러시아,영국,미국). 2차대전이후 군사력분야 세계최강 미국.미국 $화는 세계에서 가장 선호되는 기축통화.



대일선전포고한 한국의 주권을 위함.헌법전문에도 임시정부 정통성 보장되어서 더욱 그러함.



국사 성균

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