매일신문

"기억하고 계산한다"… AI 닮은 뇌형 전자 소자 등장

영남대 김민재 교수팀, 차세대 AI 멤리스터 소자 개발
자가정류 멤리스터로 누설 전류 억제… 고집적 AI 소자 실현
AI 반도체, 뇌 기능 모사로 진화… 의료·로봇 등 산업 확장성 주목

자가 정류 특성을 갖는 산화물 멤리스터를 활용한 대규모 어레이 동작 구현. 영남대 제공
자가 정류 특성을 갖는 산화물 멤리스터를 활용한 대규모 어레이 동작 구현. 영남대 제공

영남대 연구팀이 사람의 뇌처럼 정보를 저장하고 계산할 수 있는 전자 소자 개발에 성공했다. 기존 한계를 뛰어넘는 자가정류형 멤리스터는 인공지능(AI) 반도체의 성능과 효율을 동시에 개선할 수 있는 가능성을 보여줬다.

영남대학교(총장 최외출)는 신소재공학부 김민재 교수 연구팀이 인간의 뇌처럼 정보를 저장하고 계산할 수 있는 차세대 인공지능(AI) 전자 소자 개발에 성공했다고 4일 밝혔다. 이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지 Advanced Functional Materials(영향력 지수 IF=19.0, 재료과학 상위 4.1%) 2025년 5월호에 게재되며 주목받고 있다.

김 교수 연구팀이 개발한 전자 소자는 '멤리스터(memristor)'로, 전압에 따라 저항 값이 변하는 특성을 갖는다. 이 소자는 정보 저장과 연산을 동시에 수행할 수 있어, 기존 디지털 회로의 한계를 보완하는 차세대 핵심 부품으로 평가된다.

기존 멤리스터는 누설 전류로 인해 정확도에 제약이 있었고, 이를 보완하기 위해 별도의 트랜지스터나 셀렉터가 필요했다. 이에 김 교수 연구팀은 자가정류(Self-Rectifying) 특성을 가진 새로운 멤리스터 소자를 개발, 외부 회로나 보조 소자 없이도 누설 전류를 억제할 수 있는 기술을 구현했다. 이로써 단일 소자 구조로도 고집적 어레이에서 안정적인 동작이 가능해졌다.

연구팀은 이번 소자가 32×32 크기의 크로스바 어레이에서도 안정적으로 작동하며, 멀티 레벨 저항 값 조절을 통해 이미지 분류 등 AI 학습에서 높은 정확도와 에너지 효율을 동시에 구현했다고 설명했다. 기존 컴퓨터와 달리 메모리와 연산 기능이 하나의 소자에 통합돼, 전력 소모와 처리 시간 모두를 줄일 수 있는 장점이 있다.

김민재 교수는 "사람의 뇌처럼 정보를 받아들이고 반응하는 전자 소자를 구현함으로써, 의료용 AI, 감각 모사 로봇, 뇌 기능을 모방한 컴퓨터 등 다양한 분야에 폭넓게 적용할 수 있는 차세대 인공지능 시스템의 기반 기술을 마련했다"고 밝혔다.

이번 연구의 제1저자는 연세대 김동은 박사과정생이며, 교신저자는 영남대 김민재 교수, 경희대 이홍섭 교수, 연세대 박형호 교수다. 연구팀은 향후 128×64 크기의 멤리스터 어레이로 확장하고, 유연 기판 위 제작 기술을 추가 개발해 상용화 가능성을 높일 계획이다. 또한 소재 설계를 다양화해, 인간의 뇌 기능을 더욱 정밀하게 구현하는 지능형 반도체 기술로 발전시킬 예정이다.심 그래픽 구성도 추가해 드릴 수 있습니다.

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