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[IT뉴스]필요한 것만 오래 기억…초저전력 뉴로모픽 반도체 구현

온카뱅크관리자

2026-06-10 12:07:30

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 <img alt="왼쪽부터 조새벽 성균관대 교수, 양우석 교수. 한국연구재단 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/dongascience/20260610120204124tifx.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3tk0UFFYJi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/dongascience/20260610120204124tifx.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 조새벽 성균관대 교수, 양우석 교수. 한국연구재단 제공
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 사람의 뇌처럼 필요한 정보를 오래 기억하고 불필요한 정보는 망각하는 차세대 반도체 소자가 개발됐다. 기존 반도체에서 제거 대상으로 여겨진 미세결함을 기억 조절의 스위치로 응용한 결과다. 연구성과는 인공지능(AI)의 전력 문제를 해소할 저전력 반도체 칩에 활용될 것으로 기대된다.
 한국연구재단은 조새벽 성균관대 교수, 양우석 교수와 조정호 연세대 교수 공동연구팀이 빛의 파장에 따라 기억 강화와 기억 약화를 구현할 수 있는 신경모사(뉴로모픽) 반도체를 개발했다고 10일 밝혔다. 연구결과는 지난달 18일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다.
 AI의 규모가 커지고 성능이 좋아지면서 전력 소모도 폭증하고 있다. 기억과 연산을 동시에 처리할 수 있는 뉴로모픽 컴퓨팅이 대안으로 제시된다.
 뉴로모픽 컴퓨팅은 뇌처럼 정보를 전달하고 기억하는 '인공 시냅스'를 구현하는 것이 핵심이다. 시냅스는 뇌 신경세포 사이의 연결 부위를 말한다.
 광시냅스는 전기 신호 대신 빛의 세기와 파장을 자극으로 받아들여 정보를 학습하고 기억하는 인공 시냅스로 초저전력·고속 동작과 대규모 병렬 처리가 가능한 차세대 소자로 주목받는다.
 기존 광시냅스는 학습을 강화하는 '외우기' 기능과 망각을 유도하는 '잊기' 기능을 같은 스위치로 조절해 두 기능을 독립적으로 제어하기 어렵다. 학습이 반복될수록 기억이 치우쳐 과부하가 오거나 정보가 지워지는 문제가 발생한다.
 연구팀은 광반도체 소재인 은비스무트황화물(AgBiS₂)에서 원자들이 살짝 어긋나게 배열되며 형성된 미세 결함에 주목했다. 일반 반도체 소자에서는 결함으로 전자가 가둬지면서 생기는 전류 흐름 지연이 단점으로 작용한다. 연구팀은 전원을 꺼도 정보를 기억하는 일종의 '천연 메모리'처럼 결함을 활용했다.
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 <img alt="빛의 색으로 '외우기'와 '잊기'를 조절하는 뇌 모방 광시냅스 개요. 성균관대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/dongascience/20260610120205463vilj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="zqqAkNNdJx" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/dongascience/20260610120205463vilj.jpg" width="658">
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 빛의 색으로 '외우기'와 '잊기'를 조절하는 뇌 모방 광시냅스 개요. 성균관대 제공
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 연구팀은 은비스무트황화물 반도체 내 금속 이온의 미세한 결함을 정밀하게 조절해 전기 신호를 붙잡는 창고를 만들었다. 이후 근적외선만 선택적으로 흡수하는 분자층을 나노미터(nm, 10억분의 1m) 수준으로 쌓아 맞붙였다.
 구현된 소자는 비추는 빛의 파장에 따라 외우기와 잊기를 독립적으로 조절했다. 상대적으로 파장이 긴 근적외선을 비추면 시냅스 기능이 13배 이상 강해지면서 외우기 가속이, 파장이 짧은 청색광을 비추면 결함에 갇힌 전자가 풀려나며 잊기 가속이 일어났다. 빛의 색깔이 스위치처럼 작용하면서 한 소자 내의 기억을 선택적으로 강화·약화할 수 있다는 뜻이다.
 조 교수는 "반도체에서 제거해야 할 결함으로 여겨지던 무질서한 상태를 오히려 AI 하드웨어가 스스로 기억의 균형을 잡는 기능으로 되살렸다"며 "스스로 학습 균형을 유지하는 저전력 AI 반도체로 발전시킬 계획"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1038/s41467-026-73235-5
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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