고려대 전기전자공학부 심재원 교수 연구팀은 경상국립대 이태경 교수 연구팀과 세계적인 수준의 선형성과 안정성을 지닌 인공시냅스 소자 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.
뉴시스 보도에 따르면, 연구 성과는 다학제 분야의 세계적 권위지인 '어드밴드스 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인에 지난달 1일 게재됐다.
현재 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)의 확산으로 데이터 처리 수요가 폭증하고 있다. 그러나 기존 컴퓨터 구조는 메모리와 연산 장치가 분리돼 있어 전력 소모와 지연이 크다.
이에 뇌 신경망처럼 기억과 연산을 동시에 수행하는 멤리스터 기반 인공시냅스 소자가 차세대 대안으로 주목받고 있으나 기존 소자는 이온 이동의 불안정성, 열 취약성, 비선형전도 특성 등으로 대규모 인공지능 시스템 적용에 한계가 있다.
이에 연구팀은 멤리스터 기반 인공시냅스 소자에 수소결합을 적용했다.
구체적으로, 페로브스카이트(전기적·광학적 특성이 우수한 결정 구조) 소재에 폴리비닐알코올(수소결합 형성을 돕는 고분자 물질, PVA)을 결합해 불안정한 이온 이동을 억제하고 결정 구조를 균일하게 성장시켰다.
그 결과, 개발된 소자는 전도 특성의 선형·대칭성이 기존 대비 10배 이상 향상됐다. 또한 초저전력으로 구동되며 5000회 이상 반복에도 변동성 1.5% 미만, 85℃ 고온에서도 안정성을 유지했다.
특히 900만 장 이상의 구글 오픈 이미지 데이터셋을 적용한 실험에서 79.6% 분류 정확도를 달성했으며 기존 디지털 AI 시스템과 1.62% 이내 차이를 보였다.
심 교수는 "이번 연구를 통해 수소결합을 활용해 페로브스카이트 인공시냅스의 불안정성과 비선형성 문제를 근본적으로 해결했다"고 설명했다.
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