사람 뇌처럼 생각하고 반응하는 신기한 반도체! KAIST '뉴랜지스터'를 소개합니다!
안녕하세요! 우리가 매일 사용하는 컴퓨터, 스마트폰, 그리고 요즘 가장 뜨거운 기술인 인공지능(AI)은 모두 아주 작은 '반도체' 덕분에 작동합니다. 이 반도체가 얼마나 똑똑하고 효율적이냐에 따라 컴퓨터나 AI의 성능이 결정됩니다.
최근 우리나라 과학 기술의 중심인 KAIST(카이스트) 연구팀에서 사람 뇌처럼 생각하고 반응하는 아주 특별하고 새로운 반도체 기술을 개발했다는 놀라운 소식이 있습니다! 이 신기한 반도체는 '뉴랜지스터(Neuransistor)'라고 불립니다.
뉴랜지스터, 이름부터 특별하죠?
'뉴랜지스터'는 우리 뇌를 이루는 신경 세포인 '뉴런(Neuron)'과 반도체의 가장 기본적인 부품인 '트랜지스터(Transistor)'라는 두 단어를 합쳐 만든 새로운 이름입니다. 즉, 뇌의 뉴런처럼 작동하는 트랜지스터라는 뜻입니다.
왜 뇌의 뉴런처럼 만들어야 할까요?
우리 뇌는 정말 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 특히, 눈앞에서 펼쳐지는 동영상처럼 시간이 흐르면서 계속해서 바뀌는 정보를 보고, 듣고, 느끼는 대로 실시간으로 빠르게 처리하고 이해하는 데 매우 뛰어납니다. 뇌의 신경 세포인 뉴런들은 서로 정보를 주고받을 때 '흥분하거나(정보를 받아들이고 다음 뉴런에게 전달하려는 반응)' '억제하는(정보를 덜 받아들이거나 전달을 막으려는 반응)' 방식으로 복잡하게 연결되어 정보를 처리합니다.
하지만 지금 우리가 쓰는 대부분의 컴퓨터 반도체는 이런 식으로 작동하지 않습니다. 시간에 따라 변하는 동영상이나 소리 같은 데이터를 처리할 때, 아주 복잡한 계산 과정을 거쳐야 해서 시간이 오래 걸리고 전기도 많이 사용했습니다.
KAIST 연구팀이 개발한 뉴랜지스터는 바로 이 문제를 해결하기 위해 뇌 속 뉴런의 '흥분'과 '억제' 반응을 전기 신호만으로 동시에 구현할 수 있도록 설계되었습니다. 그래서 시간에 따라 계속해서 들어오는 정보를 훨씬 더 효율적으로 처리할 수 있습니다.
'액체 상태 기계(LSM)'를 아시나요?
이 뉴랜지스터는 '액체 상태 기계(LSM)'라는 특별한 종류의 인공지능 시스템을 반도체 칩으로 만드는 데 아주 중요하게 사용될 수 있습니다. LSM은 우리 뇌처럼 시간과 함께 변하는 복잡한 패턴(시간적 패턴)을 인식하고 학습하는 데 뛰어난 인공지능 모델입니다. 예를 들어, 사람의 목소리를 듣고 무슨 말인지 이해하거나, 로봇이 움직임을 보고 따라 하거나, 복잡한 데이터의 변화를 예측하는 일 등에 아주 잘 활용될 수 있습니다.
뉴랜지스터는 이런 LSM 시스템을 실제로 컴퓨터 하드웨어(반도체)로 만드는 것을 가능하게 해줍니다. 각각의 뉴랜지스터가 들어오는 정보를 다양한 방식으로 처리하고, 이 정보들이 모여서 최종 결과를 만들어내는 방식입니다. 이는 우리 뇌에서 여러 뉴런이 함께 작동하는 방식과 비슷합니다.
뉴랜지스터는 어떻게 이런 능력을 가질까요?
이 신기한 뉴랜지스터 반도체는 두 가지 종류의 산화물 층을 쌓아 만든 특별한 구조를 가지고 있습니다. 이 구조의 특징 때문에 전기 신호를 주면 마치 뉴런처럼 '흥분'하거나 '억제'하는 반응을 선택적으로 보여줄 수 있습니다.
또한, 이전에는 LSM 시스템을 만들 때 복잡한 과정을 거쳐야 했던 중요한 기능('마스킹'이라고 불리는 것)을 뉴랜지스터는 아주 간단한 방법으로 해결했다고 합니다. 덕분에 정보를 더 정확하게 처리할 수 있고, 실제로 사용하기에도 편리해졌습니다. 내구성이 좋고 여러 개를 만들어도 성능이 비슷하다는 점도 큰 장점입니다.
그래서 뉴랜지스터가 왜 중요할까요?
KAIST 연구팀은 이 뉴랜지스터를 가지고 실제로 복잡한 시간 데이터를 처리하는 실험을 했습니다. 결과는 매우 성공적이었습니다! 뉴랜지스터를 사용했을 때, 기존 방식보다 오차가 10배 이상 낮아지고, 예측도 훨씬 정확했으며, 정보를 배우는 속도도 더 빨라졌다고 합니다. 게다가 전기도 아주 조금만 사용해서 효율성도 뛰어납니다.
김경민 교수님은 이 연구가 사람 뇌처럼 정보를 처리하는 반도체 소자를 실제로 만들었다는 점에서 매우 큰 의미가 있다고 합니다.
앞으로 어디에 활용될 수 있을까요?
뉴랜지스터 기술은 앞으로 우리 생활 곳곳에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 인공지능 스피커나 통역기: 사람의 말을 더 빠르고 정확하게 이해하고 반응합니다.
- 로봇: 움직임을 더 자연스럽게 인식하고 따라 하며, 주변 환경 변화에 더 잘 반응합니다.
- 자율주행 자동차: 실시간으로 변하는 도로 상황이나 다른 자동차들의 움직임을 더 정확하게 판단합니다.
- 의료 분야: 심장 박동이나 뇌파 같은 생체 신호를 분석하여 질병을 더 정확하게 예측할 수 있습니다.
- 경제 예측: 주식 시장이나 날씨 변화 같은 복잡한 데이터를 분석하여 미래를 더 정확하게 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
시간과 함께 변하는 정보를 처리하는 것이 중요한 모든 분야에서 이 뉴랜지스터 기술이 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
KAIST 연구팀이 개발한 '뉴랜지스터'는 마치 우리 뇌처럼 똑똑하게 생각하고 반응하는 미래 인공지능 반도체의 중요한 시작을 알립니다. 이 기술 덕분에 앞으로 우리가 만날 AI들은 훨씬 더 빠르고 정확하며, 전기도 적게 사용하게 될 것입니다. 사람 뇌를 닮은 반도체가 우리 생활을 어떻게 변화시킬지 정말 기대되는 소식입니다!
참고자료
- A Neuransistor with Excitatory and Inhibitory Neuronal Behaviors for Liquid State Machine
( https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202419122 ) - KAIST, 뇌처럼 생각·반응하는 반도체 나왔다
( https://mse.kaist.ac.kr/index.php?document_srl=387389&mid=mse_research_highlight_en )