스커미온 기반 ‘인식률 90%’ 인공 시냅스 기술 개발

[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술연구원(이하 KIST) 차세대반도체연구소 송경미 박사, 주현수 박사, 장준연 소장, 우성훈 박사(현 IBM) 공동연구팀이 ‘스커미온(Skyrmion)’을 활용해 뉴로모픽 컴퓨팅 소자의 핵심 기술을 개발했다.

스커미온이란 소용돌이 모양의 나노 스핀 구조체로 구조적 안정성, 나노미터(nm) 수준의 작은 크기, 생성과 개수 조절이 용이한 등의 장점을 갖는다. 이로 인해 메모리, 논리소자, 통신 소자 등 차세대 전자소자에 적용하기에 적합하다.

또한, 스커미온은 각 고유의 전기 저항을 가지며, 스커미온 개수에 따라 저항 변화를 아날로그적으로 조절·측정할 수 있어 인공 시냅스 소자로 주목받기도 했다. 그러나 전기적인 제어가 어려운 한계점을 가져, 이론적으로만 예측돼 왔다.

이에 KIST 연구진은 신경전달 물질과 동일한 원리로 스커미온의 수를 조절함으로써 시냅스 가중치를 변화시킬 수 있는 원리에 착안해 기술을 개발했다. 이는 기존 시냅스 소자들에 비해 낮은 전압으로 동작하면서도 높은 내구성을 가진다. 연구진은 개발한 인공 시냅스 소자로 손글씨 숫자 패턴(MNIST) 인식 학습을 진행하고, 90%의 높은 인식률을 증명해냈다.

기존의 인공 시냅스 소자는 이 정도 수준의 인식률을 얻기 위해 수십만 번의 반복학습이 필요했으나, 스커미온에 기반한 인공 시냅스 소자는 1만 5000회 학습만으로도 이같은 인식률을 나타낸 것이다. 이로 인해 인식에 요구되는 소자의 전력 소모량을 10배 이상 절감할 수 있다.

KIST 송경미 박사는 “이번에 개발한 소자 기술은 시냅스 가중치를 조절하는 인간의 뇌를 가장 밀접하게 모방해낸 것”이라고 표현했다.