'인간의 뇌' 닮은 메모리가 있다고?...원리는?
'인간의 뇌' 닮은 메모리가 있다고?...원리는?
  • 정지원 기자
  • 승인 2022.06.23 13:00
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인간 뇌 속 뉴런과 시냅스 모사하는 뉴로모픽 메모리
신호 발산 유형이 환경에 따라서 변해...인간의 뇌 닮아
단일 뉴런-시냅스 소자...피드백 기반으로 빠른 재학습 효과 구현
(왼쪽부터)이건재 KAIST 신소재공학과 교수와 성상현 박사과정.(사진=KAIST)
(왼쪽부터)이건재 KAIST 신소재공학과 교수와 성상현 박사과정.(사진=KAIST)

(내외방송=정지원 기자) 인간의 뇌처럼 동작하는 방식을 닮은 단일 메모리 소자가 최초로 개발됐다.

KAIST는 23일 "이건재 신소재공학과 교수 연구팀이 100nm(나노미터) 두께의 단일 소자에서 뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 '뉴로모픽 메모리'를 개발했다"고 밝혔다.

뉴런은 신경계를 이루는 기본적인 단위세포를, 시냅스는 뉴런 간의 접합 부위를 말한다.

연구팀은 인간의 뇌처럼 뉴런과 시냅스가 유기적으로 동작하는 방식의 단일 메모리 소자를 최초로 구현했다.

이는 반도체 소자로 인간 뇌를 완전히 구현한다는 뉴로모픽 컴퓨팅 본연의 목표 달성에 근접하게 될 것으로 기대된다.

뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 뉴로모픽 소자.(사진=KAIST)
뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 뉴로모픽 소자.(사진=KAIST)

1000억개의 뉴런과 100조개의 시냅스로 이뤄진 복잡한 구조의 인간 뇌는 기능과 구조가 고정된 것이 아니라 외부 환경에 따라서 변하는 특징이 있다.

따라서 새로 개발된 뉴로모픽 소자는 뉴런과 시냅스의 특성을 모사해 기존의 컴퓨터로는 구현할 수 없는 인간 뇌의 고도 인지 기능을 실현하는 것이 가장 큰 목표다.

뉴런과 시냅스는 인간 뇌에서 서로 유기적으로 연결돼 있기 때문에 상호작용을 통해 인지 기능이 발현된다.

이 기능을 단일 구조체에서 통합해 구현하는 것은 지금까지 어려운 도전 과제였다.

뉴런과 시냅스 간 양적 피드백 효과와 재학습 과정 모사.(사진=KAIST)
뉴런과 시냅스 간 양적 피드백 효과와 재학습 과정 모사.(사진=KAIST)

하지만, 연구팀은 휘발성 소자로 뉴런을, 비휘발성 소자로 시냅스를 모사해 단기와 장기 기억이 공존하는 단일 뉴로모픽 소자를 개발했다.

이를 통해 집적도 개선이나 비용 절감 효과도 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

연구팀의 뉴런-시냅스 통합소자는 신호 발산 유형이 환경에 따라서 유연하게 적응하는 가소성을 구현하는 데 성공한 것이다.

이건재 교수는 "인간은 뉴런과 시냅스의 상호작용을 통해 기억과 학습, 인지 기능을 발현하므로 둘 모두를 통합해 모사하는 것이 인공지능에 있어서 필수적인 요소"라고 말했다.

이어 "이번에 개발한 단일 뉴런-시냅스 소자는 기존의 단순 이미지 학습 효과를 넘어서 피드백 효과를 기반으로 한 번 배운 내용을 더 빨리 학습하는 재학습 효과 구현도 성공해 인공지능뿐만 아니라 뇌를 역설계하는 연구에도 큰 도움이 될 것"이라고 덧붙였다.

성상현 KAIST 신소재공학과 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구는 삼성전자 전략산학과제와 지능형반도체 사업의 지원을 받아 수행됐으며 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난달 19일 게재됐다(논문명: Simultaneous emulation of synaptic and intrinsic plasticity using a memristive synapse).

 

 



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