국립부경대 이은광 교수팀, '게이트 전극'으로 뇌 모방 소자 기억 조절 전략 규명

김용희 연구교수와 경상국립대·한양대·서울시립대·대만·이탈리아 공동연구팀

재료과학 분야 세계적 학술지 ‘Advanced Functional Materials’ 게재

인간 뇌처럼 생각하는 저전력 인공지능(AI) 반도체의 기억 지속 시간을 전극 설계 하나로 자유롭게 조절하는 기술이 체계화됐다.

그동안 단순한 신호 입력 단자로만 여겨졌던 '게이트 전극'이 뇌 모방 인공지능 소자의 기억 성능을 좌우하는 핵심 부품으로 새롭게 확인된 것이다.

뇌 신경망을 본뜬 차세대 인공지능(AI) 반도체에서 그동안 주목받지 못했던 '게이트 전극'이 기억 성능을 좌우하는 핵심 요소로 떠올랐다.

국립부경대학교 화학공학과 이은광 교수 연구팀은 국내외 연구진과 함께 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)의 게이트 전극을 통해 소자의 시냅스 기억 특성을 정밀하게 제어하는 전략을 체계화했다. 연구 성과는 재료과학 분야 최고 권위 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.

연구진, 김용희 연구교수(왼쪽), 이은광 교수. 국립부경대 제공

유기 전기화학 트랜지스터는 이온과 전자의 이동으로 신호를 전달해 뇌 시냅스와 작동 방식이 유사하다. 적은 전력으로 정보를 학습하고 저장해 차세대 뉴로모픽 반도체로 꼽힌다.

학계는 지금까지 신호가 통과하는 반도체층 개선에만 집중해 왔다. 게이트 전극은 단순히 전압을 넣는 입력 장치로 취급했다.

연구팀은 관점을 뒤집었다. 게이트 전극이 이온의 이동과 저장을 직접 조율한다는 사실을 밝혀냈다.

분석 결과 전극 소재와 구조, 전해질 계면을 어떻게 설계하느냐에 따라 단기 기억을 장기 기억으로 바꿀 수 있었다. 탄소 소재 전극은 단기와 장기 기억 사이 특성을 세밀하게 맞추는 데 유리했고, 전도성 고분자는 이온을 내부 깊숙이 품어 장기 기억 형성을 도왔다. 미세한 구멍을 가진 다공성 물질(MOF)은 특정 이온만 골라 통과시켜 기억 유지 시간을 조절했다.

이번 연구는 반도체층에만 갇혀 있던 뇌 모방 소자 설계 시야를 게이트 전극까지 확장해 저전력 AI 반도체 상용화 설계 지침을 확립했다는 평가를 받는다.

연구를 주도한 이은광 교수는 "그동안 조연으로 여겨지던 게이트 전극이 뇌 모방 소자의 기억을 설계하는 주연이 될 수 있음을 보여 준 연구"라며 "계면에서 이온이 어떻게 움직이는가에 대한 기본 원리를 이해하는 것이 차세대 인공지능 반도체의 출발점"이라고 말했다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr