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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