빛 파장으로 데이터 기억·망각 제어하는 AI반도체 구현 성공

빛 파장(색깔)으로 데이터 기억 시간을 마음대로 제어할 수 있는 AI반도체가 처음 개발됐다.

한국연구재단은 조새벽·양우석 성균관대학교 화학공학과 교수와 조정호 연세대학교 교수 연구팀이 공동으로 빛 파장에 따라 기억 시간을 독립적으로 제어할 수 있는 새로운 광시냅스 플랫폼을 개발했다고 10일 밝혔다.

조새벽 교수는 지디넷코리아와의 전화통화에서 "파장이 450nm대인 파란색은 망각이 쉽게 일어나고, 파장이 620nm대인 빨간색은 기억 강화가 일어나는 특성을 활용해 뉴로모픽 컴퓨팅을 구현한 것"이라고 말했다.

손글씨 숫자 ‘5’를 학습시키는 하드웨어 인공신경망의 구조와 학습이 진행될 때의 안정성을 비교한 그림. 빛 색으로 두 작용의 균형을 맞추면 1,000번을 거듭해도 숫자 ‘5’가 또렷하게 유지된다.(그림=한국연구재단)

핵심은 근적외선(800 nm 이상 파장)을 결함이 있는(일부 양이온이 일정한 정렬에서 벗어나 틀어지는 현상) ‘AgBiS₂(은비스무트황화물)’에 조사할 경우 분자층이 흡수한 전자가 트랩을 채워 전도도가 약 13배(1,320%) 증가한 장기증강(LTP) 시냅스가 만들어진다. 반대로 파장이 상대적으로 짧은 400nm대 청색광을 투사할 경우 트랩이 비워지면서 시냅스가 빠르게 약해지는 망각현상(LTD)가 나타난다.

이를 한 소자 내에서 구현한 것이 성균관대와 연세대 연구결과다.

조새벽 교수는 "빛 파장 길이에 따라 초단위 기억이 가능하다는 것을 확인했다"며 "이 같이 조사를 반복하면, 데이터를 영구적으로 기억할 수 있게 된다"고 설명했다.

최근 기억·연산을 동시에 처리하는 뉴로모픽(뇌 모방) 컴퓨팅이 주목받고 있다. 젼력소모를 크게 줄일 수 있고, 연산속도도 빠르기 때문이다. 그러나 기존 광시냅스는 학습을 강화하는 ‘외우기’와 망각을 유도하는 ‘잊기’를 같은 스위치로 조절하기 때문에, 학습이 반복될수록 기억이 한쪽으로 치우쳐 과부하가 오거나 정보가 지워지는 문제가 발생했다.

연구팀이 이 문제를 해결한 것. 특히, 광시냅스 소재인 '은비스무트황화물(AgBiS₂)'가 원자 배열이 어긋난 미세한 결함으로 인해 전류 흐름이 느려지는 특성을 역이용했다.