빛의 속도 동작 가능한 초고속 뉴런 모사 광소자 설계 개념 세계 최초 정립
MIT, 스탠퍼드 대학 등 세계 유수의 연구기관에서도 뉴로모픽 소자 연구 진행 중
[아웃소싱타임스 신영욱 기자] 국내 연구진이 세계 최초로 빛의 속도로 동작이 가능한 초고속 뉴런 모사 광소자의 설계 개념의 정립에 성공했다. 과학기술정보통신부는 서울대학교 연구팀이 인공지능 구현을 위한 뉴로모픽 광뉴런 소자 설계에 성공했다고 6월 4일 밝혔다.
뉴로모픽 기술은 생물학적 신경계 시스템에서의 신호 처리를 반도체 및 광학 분야 등의 하드웨어 시스템을 통해 모사하는 기술이다. 뉴로모픽 소자에 관한 연구는 메사추세스공과대학(MIT), 스탠퍼드 대학 등 세계 유수의 연구기관에서도 활발히 진행되고 있다. '전자'가 아닌 '빛'으로 연산이 이루어져 발열 없이 저전력 초고속 동작이 가능하다는 점 때문에 뉴로모픽 반도체 전자회로 구현 제약에 대한 해결책으로 주목받고 있기 떄문이다.
서울대학교 연구팀의 이번 성과는 세계적 학술지인 어드밴스드 사이언스 온라인판에도 6월 3일 게재됐다. 서울대학교 박남규 교수, 유선규 박사, 박현희 박사 연구팀은 패리티-시간 대칭이라는 특이한 물리적 대칭성을 만족하는 증폭·손실 물질에 시간 대칭성을 제어하는 비선형성을 추가한 메타물질의 활용을 통해 단위 뉴런의 다양한 연산 기능들을 광학적인 신호처리로 모사, 재현하는 데에 성공했다.
이들이 이용한 패리티-시간 대칭은 Nature Physics에서 2015년 지난 10년간 10대 물리적 발견으로 선정한 개념으로 어떤 시스템에 공간상 반전 및 시간 축의 역전을 동시에 가했을 때 해당 시스템이 원래 시스템과 동일한 경우를 나타내는 대칭성이다. 해당 대칭을 만족하면 시스템 내에서 에너지의 이득 및 손실이 있더라도 전체 에너지 상태는 안정적일 수 있다고 알려져 있다.
또 비선형성은 입력값과 출력값이 비례관계에 있지 않은 특성이다. 빛은 전자기파의 특성을 결정하는 맥스웰 방정식에 의해 선형적 특성을 가지지만 빛 전파 매질의 특성 및 빛의 세기에 따라 비선형성을 가질 수 있다.
이밖에 비선형성에 추가한 메타물질이란 인위적 매질의 배열 구조를 통해 자연계에 존재하지 않은 특성을 가지도록 설계된 물질로 투명망토와 같은 기술 등에 응용된다.
연구팀은 빛의 세기에 따라 입력값과 출력값이 달라지는 비선형성을 갖는 메타물질을 개발하고 이를 두뇌 내 뉴런과 같은 나트륨 채널과 칼륨 채널에 대응시킴으로써 뉴로모픽 광소자에서의 신경 신호 처리를 광속으로 구현하는데 성공했다.
연구의 주도자인 박남규 교수는 이번 성과에 대해 "초고속 뉴로모픽 소자 및 인공지능 개발에 전기가 되는 것은 물론 구현된 각 기능들은 높은 안정성을 갖는 레이저 등에도 응용이 가능하다"고 밝혔다.
