뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하는 반도체로 인지와 추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 게 궁극적 목표다.
이번 논문은 함돈희 삼성전자 종합기술원 펠로우 겸 하버드대 교수와 박홍근 하버드대 교수, 황성우 삼성SDS 사장, 김기남 삼성전자 부회장이 공동 집필했으며, 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간의 연결 지도를 복사해 이를 메모리 반도체에 붙여넣은 뒤 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 반도체의 기술 비전을 제안했다.
초고감도 측정을 통한 신경망 지도의 복사는 뉴런을 침투하는 나노 전극의 배열을 통해 이뤄진다. 뉴런 안으로 침투하는 과정에서 측정 감도가 높아져 뉴런들의 접점에서 발생하는 미미한 전기 신호를 읽어낼 수 있으며 그 접점이 신경망을 지도화할 수 있게 한다.
삼성전자는 특히 복사된 신경망 지도를 메모리 반도체에 붙여넣어 각 메모리가 뉴런 간의 접점의 역할을 하는 완전히 새로운 개념의 뉴로모픽 반도체를 선보였다. 또 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석 후 신경망 지도를 구성하려면 많은 시간이 소요되는데, 이를 신속하게 내려받는 기술도 제시했다.
아울러 뇌에 있는 100조개의 뉴런 접점을 메모리 망으로 구현하려면 메모리 집적도를 극대화하기 위해 3차원 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 TSV(실리콘관통전극)를 통한 3차원 패키징 등 최첨단 반도체 기술의 활용을 제안했다. 이와 관련해 삼성전자는 2019년부터 하버드대 연구팀과 협업을 해왔다.
함 교수는 "이번 논문에서 제안한 접근 방식이 메모리 및 시스템 반도체 기술의 경계를 넓히고 뉴로모픽 기술을 더욱 발전시키는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.
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