경제/산업
인천대 전기공학과 김준동 교수 연구팀, 빛을 이용한 뉴로모픽 AI 컴퓨팅 기법 발표
빛 신호를 이용한 투명 반도체 논리게이트와 메모리 기술
기사입력: 2025/02/03 [14:56]  최종편집: ⓒ ebreaknews.com
박상도 기자
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▲ 개발자: 김준동 교수, Naveen 박사,Malkesh 박사  © 박상도 기자

(브레이크뉴스인천 박상도 기자) 인천대학교전기공학과 김준동 교수 연구팀이 3일,  최근 빛을 이용한 뉴로모픽 (Neuromorphic, 인간의 신경망을 추종하는 반도체 기술) AI 컴퓨팅 기법을 발표했다고 밝혔다. 

 

인천대학교에 따르면,  인간의 뇌는 1000억 개가 넘는 신경세포 뉴런 (Neurons)과 뉴런의 1000배가 시냅스 (Synapses) 단위로 구성되어 있다. 

 

인간의 뇌는 이렇게 많은 신경단위 시스템을 가지지만, 20W의 낮은 전력으로 인체에서의 입력신호 감지, 반응 동작 판단 및 결과에 대한 기억 등의 생체 컴퓨팅 (Bio-computing)을 수행한다.(인체 반응 동작의 예: 어떤 사람이 뜨거운 물건을 손으로 만졌을 경우, 신경세포는 고온을 감지하고 신호를 발생하며, 신경망을 통해서 ‘발생 신호’를 뇌로 전송하며, 즉각적인 판단(연산)을 통해서 신속히 물건에서 손을 뗄 것을 명령한다. 그리고, 그 사건에 대한 정보를 기억한다.)

 

▲ 개발소자 (투명 뉴로모픽 소자) 연산 (논리게이트) 수행 및 뉴로모픽 신호 전달 시스템 (사진제공:인천대학교)  © 박상도 기자

이번 연구에서는 빛신호(Light signals)를 기반으로 동작하는 투명한 인공신경망(뉴로모픽 소자)을 개발했다. 

 

금번의 뉴로모픽 소자는 투명 반도체로 개발됐으며, 빛으로부터 전기에너지를 자체 생산하고, 이를 기반으로 외부전력의 공급이 없이 자력으로 동작하는 특징을 가진다. 

 

이번 투명 인공신경망-뉴로모픽 소자의 특징은 논리적 연산이 가능한 특징을 가지고 있는데, 파장이 다른 빛을 이용하여 ON/OFF 기능을 발현할 수 있다. 

 

기존의 전기 신호를 대신하여 빛신호를 이용하여 다양한 논리게이트(AND, OR, NOT)를 구현했으며, 투명한 소자의 특징으로 인공눈이나 피부 및 통신 등 다양한 분야에 접목이 가능하다.

 

이번에 개발된 투명 뉴로모픽 소자는 신호에 대한 감지와 판단 (논리게이트)의 기능과 함께 반응에 대한 메모리 성능(기억 작용)을 동시에 수행할 수 있다. 

 

기존 컴퓨팅 방식은 입력(Input), 데이터처리(Data Processing), 메모리 기능이 분리된 스테이지 작업으로 과전력 사용과 공간의 제약/밀집도 등의 문제가 있었으나 빛을 이용한 무전력 통합 수행 (신호감지-처리-기억)은 기존 문제를 해결하고 새로운 뉴로모픽 컴퓨팅 방안을 제시했다. 

 

나빈 쿠마(Naveen Kumar, 인도) 박사는 한국연구재단-해외고급과학자초빙(Brain Pool)사업 (NRF-2021H1D3A2A02096147)을 통해서 본 연구를 수행했다. 

 

현재는 이탈리아 국립연구위원회 (National Research Council of Italy, CNR)에 선임연구원으로 재직하고 있으며, 본교와 지속적인 협력 연구를 수행하고 있다. 

 

연구책임자인 김준동 교수는 “이번 연구가 스스로 에너지를 공급하고 동작하는 투명 반도체의 초월성을 이용한 활용이다”고 밝히며 “향후 기존의 틀을 벗어나는 특성 반도체 기술과 에너지 활용 분야에 더욱 진보된 기술 개발을 발표할 예정이다”고 말했다. 

 

▲ 논문표지이미지 (사진제공:인천대학교)  © 박상도 기자

이번 연구의 결과는 최근 Applied Materials 최신호에 ‘2D-SnS-Embedded Schottky Device with Neurotransmitter-Like Functionality Produced Using Proximity Vapor Transfer Method for Photonic Neurocomputing’제목으로 게재됐다. 

 

관련 기술은 1차 특허 등록(10-2743896, 광신호로 동작하는 투명 멤리지터소자, 등록일자: 2024년 12월 12일)하였으며, 진보된 기술의 연계 특허출원을 진행하고 있다. 

 

*아래는 위 기사를 '구글번역'으로 번역한 영문기사의 [전문]입니다.‘구글번역’은 이해도 높이기를 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*Below is the [full text] of the English article translated by ‘Google Translate’. ‘Google Translate’ is trying to improve comprehension. It is assumed that there may be errors in the English translation.>

 

Professor Kim Jun-dong’s research team from Incheon National University’s Department of Electrical Engineering announces neuromorphic AI computing technique using light

Transparent semiconductor logic gate and memory technology using light signals

-Break News Incheon Park Sang-do reporter

 

Professor Kim Jun-dong’s research team from Incheon National University’s Department of Electrical Engineering announced on the 3rd that they recently announced a neuromorphic (semiconductor technology that follows the human neural network) AI computing technique using light.

 

According to Incheon National University, the human brain is composed of over 100 billion nerve cells (neurons) and 1,000 times as many synapses.

 

The human brain has so many neural unit systems, but it performs bio-computing such as detecting input signals from the human body, judging response actions, and remembering the results with a low power of 20W. (Example of human response actions: When a person touches a hot object with his or her hand, the nerve cells detect the high temperature and generate a signal, and the ‘generated signal’ is transmitted to the brain through the neural network, and through immediate judgment (computation), it quickly orders the hand to remove the object. Then, it remembers the information about the event.)

 

In this study, a transparent artificial neural network (neuromorphic device) that operates based on light signals was developed.

 

This neuromorphic device was developed using a transparent semiconductor, and has the characteristic of producing electric energy from light and operating on its own without external power supply.

 

The characteristic of this transparent artificial neural network-neuromorphic device is that it has the characteristic of being able to perform logical operations, and can express the ON/OFF function using light of different wavelengths.

 

Instead of conventional electrical signals, various logic gates (AND, OR, NOT) were implemented using light signals, and the transparent device's characteristics can be applied to various fields such as artificial eyes, skin, and communications.

 

The newly developed transparent neuromorphic device can simultaneously perform the functions of signal detection and judgment (logic gate) and response memory performance (memory function).

 

The existing computing method had problems such as excessive power consumption and space constraints/density due to the stage operation in which input, data processing, and memory functions were separated, but the power-free integrated performance (signal detection-processing-memory) using light solved the existing problems and presented a new neuromorphic computing method.

 

Dr. Naveen Kumar (India) conducted this research through the National Research Foundation of Korea-Brain Pool Project (NRF-2021H1D3A2A02096147).

 

He is currently a senior researcher at the National Research Council of Italy (CNR) and is conducting ongoing collaborative research with our school.

 

Professor Kim Jun-dong, the research director, said, “This research is a utilization of the transcendence of transparent semiconductors that supply and operate energy on their own,” and added, “In the future, we plan to announce the development of more advanced technologies in the field of semiconductor technology and energy utilization that go beyond the existing framework.”

 

The results of this research were recently published in the latest issue of Applied Materials under the title ‘2D-SnS-Embedded Schottky Device with Neurotransmitter-Like Functionality Produced Using Proximity Vapor Transfer Method for Photonic Neurocomputing.’

 

The related technology has been registered for the first patent (10-2743896, Transparent Memristor Device Operating with Optical Signals, Registration Date: December 12, 2024), and a related patent application for advanced technology is in progress.

 

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