“사람 뇌 기능 그대로”…삼성, 미래 AI 반도체 비전 제시

삼성전자와 미국 하버드 대학교 연구진이 논문을 통해 차세대 인공지능 반도체 기술인 뉴로모픽(Neuromorphic) 칩에 대한 미래 비전을 제시했다. 

26일 삼성전자에 따르면 함돈희 삼성전자 종합기술원 펠로우 겸 하버드대 교수, 박홍근 하버드대 교수, 황성우 삼성SDS 사장, 김기남 삼성전자 부회장이 집필한 뉴로모픽 주제의 논문이 이달 23일(현지시간) 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐다.

이번 논문에서는 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 측정해 뉴런 간의 연결 지도를 ‘복사’하고 그대로 메모리 반도체에 ‘붙여넣기’해서 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩의 기술 비전을 재현했다.

뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 또는 직접 모방하려는 반도체다. 신경망 연산에 필요한 회로만으로 구성돼 있어 기존 CPU나 GPU를 이용해 신경망 연산을 하는 것보다 전력, 면적, 속도 측면에서 큰 이익을 얻을 수 있다. 인지, 추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것을 궁극적 목표로 삼고 있다.

초고감도 측정을 통한 신경망 지도의 '복사' 작업은 뉴런을 침투하는 나노 전극의 배열로 이루어진다. 뉴런 안으로 침투하는 탓에 측정 감도가 높아져 뉴런들의 접점에서 발생하는 미미한 전기 신호를 읽어낼 수 있다.

또 측정 신호로 메모리 플랫폼을 직접 구동해서 신속하게 신경망 지도를 내려받는 획기적인 기술적 관점도 제시했다. 이 플랫폼은 일반적으로 사용되는 메모리인 플래시나 다른 형태의 비휘발성 메모리인 저항 메모리(RRAM) 등을 활용할 수도 있다. 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석한 뒤 신경망 지도를 구성하려면 많은 시간이 소요되는 반면 이 방법은 시간을 단축할 수 있다. 

사람의 뇌에 있는 약 100조개의 뉴런 접점을 메모리망으로 구현하려면 메모리 집적도를 극대화하는 만큼 3차원 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 TSV(실리콘관통전극)를 통한 3차원 패키징 등 최첨단 반도체 기술의 활용을 제안했다.

삼성전자는 뉴로모픽 개념과 관련, 지난 2019년부터 하버드대 연구팀과 협업해 왔다. 

삼성전자는 "이번 연구는 학계와 업계의 기술 리더들이 참여해 신경 과학과 메모리 기술을 접목, 차세대 인공지능 반도체에 대한 비전을 보였다는 점에도 의의가 있다"며 "기존 보유 반도체 기술 역량을 기반으로 뉴로모픽 연구에 지속 집중해 차세대 인공지능 반도체 분야에서도 기술 리더십을 확보해 나갈 계획"이라고 밝혔다.