삼성전자(005930)와 미국 하버드대가 공동 연구를 통해 “미래의 인공지능(AI) 반도체는 사람의 뇌 신경망을 그대로 칩에 재현하는 ‘뉴로모픽’ 방식이 될 것”이라며 새 이정표를 제시했다. 김기남 삼성전자 부회장, 함돈희 삼성전자종합기술원 펠로 겸 하버드대 교수, 박홍근 하버드대 교수, 황성우 삼성SDS 사장이 공동 집필한 이 논문은 세계적인 학술지 ‘네이처일렉트로닉스’에 지난 23일 실렸다.
26일 삼성전자에 따르면 뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하려는 반도체로 인지·추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것이 궁극적 목표다. 이번 논문은 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간 연결 지도를 ‘복사(copy)’하고 그대로 메모리 반도체에 ‘붙여넣기(paste)’함으로써 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩 기술을 제안했다. 나노 전극의 배열을 뉴런 안으로 침투시키면 뉴런 접점에서 발생하는 미미한 전기 신호를 읽을 수 있고 이를 종합해 신경망을 지도화할 수 있다. 삼성전자는 2019년부터 하버드대 연구팀과 협업해 이 기술을 연구했다. 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석해 신경망 지도를 구성하려면 많은 시간이 소요된다. 논문은 측정 신호로 메모리 플랫폼을 직접 구동해 신속하게 신경망 지도를 내려받는 획기적인 기술적 관점도 제시했다. 이 플랫폼은 일반적으로 사용되는 메모리인 플래시나 다른 형태의 비휘발성 메모리인 저항메모리(RRAM) 등을 활용할 수 있다.
사람의 뇌에 뉴런 접점만 약 100조 개에 달하는 만큼 이를 메모리에 담으려면 집적도를 극대화해야 한다. 논문은 3차원 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 실리콘관통전극(TSV)을 통한 3차원 패키징 등 최첨단 반도체 기술을 활용할 수 있다고 설명했다.
이번 연구는 학계와 업계의 기술 리더들이 참여해 신경 과학과 메모리 기술을 접목하고 차세대 AI 반도체에 관한 비전을 제시했다는 점에도 의의가 있다고 삼성전자는 밝혔다. 삼성전자는 기존에 보유한 반도체 기술 역량을 기반으로 뉴로모픽 연구에 집중해 차세대 AI 반도체 분야에서도 기술 리더십을 확보해나갈 계획이다.
함 펠로는 “이번 논문에서 제안한 담대한 접근 방식이 메모리와 시스템 반도체 기술의 경계를 넓히고 뉴로모픽 기술을 더 발전시키는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
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