삼성전자가 차세대 인공지능(AI) 반도체 분야에서의 기술 리더십 확보를 위해 기존 반도체 기술 역량을 기반으로 인간의 뇌처럼 작동하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 연구에 지속 집중한다.
삼성전자는 최근 미국 하버드 대학교 연구진과 함께 차세대 인공지능(AI) 반도체 기술인 뉴로모픽 칩에 대한 미래 비전을 제시하는 논문을 세계적 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 게재했다고 27일 밝혔다.
뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하는 반도체를 뜻한다. 인지, 추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것이 궁극적 목표다.
이번 논문은 함돈희 삼성전자 종합기술원 펠로우 겸 하버드대 교수, 박홍근 하버드대 교수, 황성우 삼성SDS 사장, 김기남 삼성전자 부회장이 공동 집필했으며, 뇌 신경망에서 뉴런들의 전기 신호를 나노전극을 활용해 초고감도로 측정함으로써 뉴런 간의 연결 지도를 ‘복사(Copy)’하고 복사된 지도를 메모리 반도체에 ‘붙여넣어(Paste)’, 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩의 기술 비전을 제안했다.
초고감도 측정을 통한 신경망 지도의 복사는 뉴런을 침투하는 나노 전극의 배열을 통해 이뤄진다. 뉴런 안으로 침투함으로써 측정 감도가 높아져 뉴런들의 접점에서 발생하는 미미한 전기 신호를 읽어낼 수 있다. 이로 인해 그 접점들을 찾아내 신경망을 지도화 할 수 있다. 이는 삼성전자가 지난 2019년부터 하버드대 연구팀과 지속 협업해 온 기술이다.
특히 삼성전자는 복사된 신경망 지도를 메모리 반도체에 붙여넣어 각 메모리가 뉴런 간의 접점 역할을 하는 완전히 새로운 개념의 뉴로모픽 반도체를 제안했다. 또 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석해 신경망 지도를 구성하려면 많은 시간이 소요되는 데, 측정 신호로 메모리 플랫폼을 직접 구동해 신속하게 신경망 지도를 내려받는 획기적인 기술적 관점도 제시했다.
플랫폼은 일반적으로 사용되는 메모리인 플래시나 다른 형태의 비휘발성 메모리인 저항 메모리(RRAM) 등을 활용할 수 있다.
아울러 궁극적으로 사람의 뇌에 있는 약 100조 개의 뉴런 접점을 메모리 망으로 구현하려면 메모리 집적도를 극대화해야 한다. 이를 위해 연구팀은 3D 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 TSV(실리콘관통전극)를 통한 3D 패키징 등 최첨단 반도체 기술의 활용을 제안했다.
이번 연구는 학계와 업계의 기술 리더들이 참여해 신경 과학과 메모리 기술을 접목, 차세대 인공지능 반도체에 대한 비전을 보였다는 점에도 의의가 있다.
삼성전자 종합기술원 함돈희 펠로우는 “논문에서 제안한 담대한 접근 방식이 메모리·시스템 반도체 기술의 경계를 넓히고, 뉴로모픽 기술을 더 발전 시키는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
