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[IT뉴스]'수소 이동' 원리로 뇌 닮은 AI 반도체 개발

온카뱅크관리자

2026-03-05 13:47:31

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 <img alt="DGIST 연구팀이 수소로 기억하고 학습하는 AI 반도체를 개발했다. AI 반도체 콘셉트 이미지. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/05/dongascience/20260305133746487uafa.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="GAWRmrpXM4" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/05/dongascience/20260305133746487uafa.jpg" width="658">
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 DGIST 연구팀이 수소로 기억하고 학습하는 AI 반도체를 개발했다. AI 반도체 콘셉트 이미지. 게티이미지뱅크 제공
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 국내 연구팀이 수소로 기억하고 학습하는 인공지능(AI) 반도체를 개발했다. 기존 AI 반도체의 고질적 한계였던 불안정성과 전력 소모 문제를 '수소 이온' 제어로 풀어낸 연구 결과다.
 대구경북과학기술원(DGIST)은 이현준·노희연 나노기술연구부 연구원팀이 전기 신호로 수소를 정밀하게 조절해 스스로 학습하고 기억하는 '2단자 기반 AI형 반도체'를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 'ACS 응용 재료 및 인터페이스(ACS Applied Materials &amp; Interfaces)'에 지난 2월 24일 표지 논문으로 게재됐다.
 최근 AI는 방대한 데이터를 빠르게 처리해야 하지만 기존 컴퓨터는 연산과 메모리가 분리돼 있어 속도 저하와 전력 소모가 크다는 한계가 있다. 
 뉴로모픽 반도체는 인간의 뇌를 모방해 연산과 저장을 동시에 수행해 차세대 기술로 주목받고 있다. 핵심은 전기 신호에 따라 전도도가 변하고 상태를 유지하는 '인공시냅스 소자'다. 
 연구팀은 인공시냅스 소자 해법으로 '수소'에 주목했다. 기존 산화물 기반 메모리 소자는 주로 산소의 빈자리(결함)가 이동하는 방식을 이용해 메모리로 활용했으나 장기적인 안정성과 소자 간 균일성을 확보하기 어려웠다.
 반면 연구팀은 전기장을 이용해 수소 이온(H⁺)의 주입과 배출을 정밀하게 제어하는 방식을 독자 개발해 문제를 해결했다.
 특히 소자 집적도가 높고 제조 공정이 단순해 차세대 고집적 AI 칩에 매우 유리한 '2단자 수직 구조'에서 세계 최초로 구현됐다는 점에서 의미가 크다. 수직 구조에서 수소 이동을 정밀하게 제어해 인공지능 동작을 구현한 사례는 그동안 보고된 바 없다.
 수소 기반 AI형 소자는 1만 회 이상 반복 구동에서도 안정적으로 동작했고 장시간 보관해도 메모리 상태가 유지됐다. 전도도가 점진적으로 변하는 아날로그 특성으로 인간의 뇌 시냅스와 유사한 학습·기억 기능을 구현할 수 있다는 점도 입증했다.
 이현준 책임연구원은 "단순히 또 하나의 인공지능 반도체를 개발한 것을 넘어 기존 산소 빈자리 기반 메모리와는 전혀 다른 '수소 이동'을 이용한 새로운 저항 스위칭 메커니즘을 제시했다는 데 큰 의미가 있다"고 밝혔다.
 노희연 전임연구원은 "적층된 반도체 층 사이를 이동하는 수소 원자를 전기적으로 정밀 제어한 최초의 사례"라며 "수소 이동 메커니즘을 규명한 연구 결과는 인공지능 하드웨어 구조의 근본을 바꾸고 차세대 저전력·고효율 뉴로모픽 반도체 시대를 앞당길 핵심 원천기술이 될 것"이라고 강조했다.
 &lt;참고자료&gt; pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c21475
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 <img alt="표지는 사람의 뇌 신경세포 사이(시냅스)가 신호 세기를 조절해 정보를 전달하는 원리를 인공 소자에 구현한 모식도다. 인공 소자 안에서 수소 이동을 제어해 전기 흐름을 바꾸고 정보를 저장·조절하는 과정을 담았다. DGIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/05/dongascience/20260305133747836gdnq.png" data-org-width="680" dmcf-mid="HMHoSlb0df" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/05/dongascience/20260305133747836gdnq.png" width="658">
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 표지는 사람의 뇌 신경세포 사이(시냅스)가 신호 세기를 조절해 정보를 전달하는 원리를 인공 소자에 구현한 모식도다. 인공 소자 안에서 수소 이동을 제어해 전기 흐름을 바꾸고 정보를 저장·조절하는 과정을 담았다. DGIST 제공
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 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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