우주 방사선 환경서도 AI 연산 유지···韓, 차세대 반도체 가능성 입증

[사진=연합뉴스]

[이뉴스투데이 김진영 기자] 우주 방사선 환경에서도 안정적으로 동작하는 차세대 인공지능(AI) 반도체 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 검증됐다. 우주 탐사와 위성 산업에서 요구되는 고신뢰 AI 연산 기술 확보의 기반이 마련됐다는 평가다.

과학기술정보통신부는 한국원자력연구원와 원자력연 첨단방사선연구소, 충북대학교, 벨기에 IMEC 공동연구팀이 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 기반 시냅틱 트랜지스터를 활용해 우주 방사선 환경에서의 AI 반도체 동작 가능성을 입증했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 양성자가속기를 활용해 33MeV급 고에너지 양성자 빔을 소자에 조사했다. 저궤도 위성이 약 20년간 받는 방사선에 해당하는 수준이다. 실험 결과 일부 성능 저하가 나타났지만, 반도체의 핵심 기능인 스위칭 동작과 뉴로모픽 연산의 핵심인 시냅스 가소성은 안정적으로 유지됐다.

AI 연산 성능도 확인됐다. 손 글씨 데이터를 인식하는 MNIST 기반 뉴로모픽 컴퓨팅 시뮬레이션에서 92.61%의 정확도를 기록, 시계열 데이터 처리에 활용되는 레저버 컴퓨팅 시스템을 통해 4비트 연산 능력도 구현했다. 방사선 환경에서도 실질적인 AI 연산 수행이 가능함을 입증한 것이다.

이번 연구는 차세대 반도체 물질로 주목받는 IGZO를 활용했다는 점에서도 의미가 있다. IGZO는 투명성과 전기적 특성이 우수해 디스플레이뿐 아니라 논리 소자 분야로 확장 가능성이 제기돼 왔다. 여기에 뉴로모픽 구조를 결합해 저전력·고효율 AI 연산을 구현했다.

연구는 대학·출연연·해외 연구기관 간 협력을 통해 진행됐다. 충북대는 소자 제작과 특성 평가를, 원자력연은 방사선 조사 설계와 분석을, IMEC은 결과 해석을 담당했다. 과기정통부의 국가전략반도체 핵심기술개발사업과 기초연구실 지원사업이 연구를 지원했다.

연구팀은 향후 성능 저하를 보완하는 기술을 추가로 개발하고, 방사선 영향 평가 체계를 고도화해 뉴로모픽 반도체와 로직 회로 수준으로 연구를 확장할 계획이다. 과기정통부는 이번 성과가 우주·항공 분야에서 활용 가능한 AI 반도체 원천기술 확보의 출발점이 될 것으로 보고, 관련 연구 지원을 지속할 방침이다.

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Materials Science in Semiconductor Processing’ 3월호에 게재됐다.