삼성전자, 인간 뇌 닮은 반도체 비전 제시

美 하버드대와 연구…뇌 신경망 연결 지도 메모리칩에 복사

삼성전자와 미국 하버드대학교 연구진이 차세대 인공지능 반도체 기술인 뉴로모픽 칩의 미래상을 내놨다. 뉴로모픽 반도체란 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하려는 반도체다. 인지·추론 같은 뇌 기능을 재현하는 게 목표다.

삼성전자는 함돈희 삼성전자 종합기술원 펠로우 겸 하버드대 교수와 박홍근 하버드대 교수, 황성우 삼성SDS 사장, 김기남 삼성전자 부회장이 이 같은 내용으로 공동 집필한 논문이 23일(현지시간) 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 실렸다고 26일 밝혔다.

연구진은 뇌 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩의 기술 비전을 제안했다. 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노 전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간 연결 지도를 복사하고 복사된 지도를 메모리 반도체에 붙여넣는 기술이다.

삼성전자가 제안한 인간 뇌를 닮은 뉴로모픽 반도체 논문 이미지(사진=삼성전자)

뉴런을 침투하는 나노 전극을 배열해 신경망 지도를 복사한다. 뉴런 안으로 침투하면 측정 감도가 높아져 뉴런들의 접점에서 생기는 미미한 전기 신호를 읽을 수 있다. 이 접점을 찾아내 신경망을 지도로 만든다. 삼성전자는 2019년부터 하버드대 연구진과 이 기술을 개발하고 있다.

삼성전자는 복사된 신경망 지도를 메모리 반도체에 붙여넣어 각 메모리가 뉴런 간 접점 역할을 하는 뉴로모픽 반도체를 제안했다. 측정 신호로 메모리 플랫폼을 직접 구동해 빠르게 신경망 지도를 내려 받는 기술도 제시했다. 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석해 신경망 지도를 만들려면 시간이 많이 소요된다.

이 플랫폼은 일반적으로 사용되는 메모리인 플래시와 다른 형태의 비휘발성 메모리인 저항 메모리(RRAM) 등을 활용할 수 있다고 삼성전자는 설명했다.

사람 뇌에 있는 약 100조개의 뉴런 접점을 메모리 망으로 구현하려면 메모리 집적도를 극대화해야 한다. 이를 위해 3차원 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 실리콘관통전극(TSV)을 통한 3차원 패키징 등 최첨단 반도체 기술 활용을 삼성전자는 제안했다.

함돈희 펠로우는 “이번 접근 방식이 메모리·시스템 반도체 기술 경계를 넓히고 뉴로모픽 기술이 발전하는 데 도움 될 것”이라고 말했다.