확장 가능한 뉴로모픽 칩: 뇌 모방, 초저전력 CMOS 하드웨어

한국과학기술원(KAIST) 연구자들이 단일 트랜지스터 뉴런과 시냅스를 공동 집적해 뇌 모방 고확장성 뉴로모픽 하드웨어를 제작했습니다. 표준 실리콘 CMOS 기술을 사용해 뉴로모픽 하드웨어는 칩 비용을 줄이고 제조 공정을 단순화할 것으로 기대됩니다.

뉴로모픽 하드웨어는 인간 뇌를 모방해 초저전력으로 인공지능 기능을 수행하므로 큰 주목을 받아왔습니다. 뉴로모픽 하드웨어를 작동시키려면 특정 신호 통합 시 스파이크를 생성하는 뉴런과 두 뉴런 간 연결을 기억하는 시냅스가 필요합니다. 생물학적 뇌와 마찬가지입니다. 그러나 디지털 또는 아날로그 회로로 구성된 뉴런과 시냅스는 큰 면적을 차지해 하드웨어 효율과 비용 면에서 한계가 있습니다. 인간 뇌는 약 10¹¹ 뉴런과 10¹⁴ 시냅스로 구성되므로, 모바일과 IoT 기기 적용을 위해 하드웨어 비용을 개선해야 합니다.

이 문제를 풀기 위해 연구팀은 생물학적 뉴런과 시냅스 거동을 단일 트랜지스터로 모방하고 8인치 웨이퍼에 공동 집적했습니다. 제조된 뉴로모픽 트랜지스터는 현재 양산 중인 메모리·로직용 트랜지스터와 동일한 구조를 가집니다. 또한 뉴로모픽 트랜지스터가 동전 앞뒤처럼 뉴런과 시냅스 양쪽 역할을 하는 '야누스 구조(Janus structure)'로 구현 가능함을 최초로 입증했습니다.

양규 최 교수는 복잡한 디지털·아날로그 회로 기반 뉴런과 시냅스를 단일 트랜지스터로 대체해 하드웨어 비용을 획기적으로 줄일 수 있다고 말했습니다. "표준 CMOS 공정으로 단일 트랜지스터 뉴런과 시냅스를 같은 웨이퍼에 공동 집적함으로써 뉴로모픽 하드웨어 하드웨어 비용이 개선돼 상용화가 가속화될 것입니다."라고 제1저자 한준규(Joon-Kyu Han)가 말했습니다.