[금주의 용어] 인간의 뇌를 닮은 반도체 '뉴로모픽 반도체'란?

요약

• 인간의 뇌 구조를 모방해 만든 반도체 칩
• 뉴런과 시냅스의 작동 원리로 데이터 처리..전력소모↓·연산속도↑
• 차세대 AI 반도체로 주목..삼전, SK하닉 등 개발 중

어제 국내 연구진이 뉴로모픽 기반의 AI 반도체를 개발했다는 소식이 나왔죠. 또 최근에 삼성전자가 미국 실리콘밸리에 '범용 인공지능(AGI) 반도체' 개발 조직을 신설해 AI 연산의 두뇌 역할을 할 차세대 반도체 개발에 착수했다는 보도가 나오면서, 인간의 뇌를 닮은 '뉴로모픽 반도체'가 무엇인지에 대해 시장의 관심이 쏠리고 있습니다. 

뉴로모픽 반도체란?

'뉴로모픽(neuromorphic)'이란 뉴런(neuron)과 형태(morphic)라는 단어가 결합된 것으로, 인간 뇌의 구조와 기능을 모방해 설계된 기술 또는 시스템을 의미합니다. 즉, 뉴로모픽 반도체란 인간의 신경구조를 본떠서 만든 반도체라고 이해하시면 됩니다. 

인간의 뇌는 인간의 뇌는 1000억 개가 넘는 신경세포(뉴런)가, 시냅스라는 연결 고리를 통해 다른 뉴런과 서로 신호를 주고받으며 순식간에 정보를 처리하고 저장합니다. 구글 딥 마인드의 알파고가 이세돌 9단과 바둑 한판 두는데 쓴 전기료가 약 7000만원 정도였다고 했는데요. 인간의 뇌는 1000억 개의 뉴런이 100조 개 이상의 시냅스와 병렬적으로 연결돼 약 20W 수준의 저전력으로도 기억 연산 추론 학습 등을 동시에 수행할 수 있습니다. 

이러한 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 반도체는 칩안에 있는 여러개의 코어(Core) 중 일부 소자가 뇌의 신경세포인 뉴런의 역할을 담당하고, 메모리칩이 뉴런과 뉴런 사이를 연결해주는 시냅스의 기능을 담당하게 됩니다. 뇌처럼 병렬로 구성돼있어 이전의 프로세서들에 비해 훨씬 적은 전력으로, 더 많은 양의 고도의 데이터를 처리할 수 있는 장점이 있어 차세대 AI 반도체로 주목받고 있습니다. 

기존 반도체가 선형적이고 순차적인 데이터를 수행한다면, 인공신경망 반도체 소자를 개발하고 이를 뉴로모픽칩까지 발전시킬 경우 외부에서 명령을 받아들일을 때 사람의 뇌처럼 동시다발적인 연산과 정보처리가 컴퓨터 칩으로도 가능해지는 것이죠.
 

뉴로모픽 반도체 개발 현황 

국내에서도 삼성전자와 SK하이닉스, 한국과학기술연구원(KAIST) 등이 뉴로모픽 반도체 개발에 몰두하고 있습니다. 

삼성전자는 SAIT(삼성 첨단기술연구소)를 통해 뉴로모픽 관련 기술을 연구 중이고요, 2021년에는 하버드 대학교 연구진과 함께 뉴로모픽 반도체 비전을 제시하기도 했죠. 뉴로모픽과 관련해 다수 특허를 보유하고 있기도 합니다. SK하이닉스도 2016년 스탠퍼드대학교와 뉴로모픽칩 개발 협력에 나섰고, 2017년부터 뉴로모픽 관련 특허를 꾸준히 출원해왔습니다. 

한국과학기술연구원(KAIST)은 최근 400밀리와트(㎽)의 초저전력을 소모하면서 0.4초 초고속으로 거대 언어 모델을 처리할 수 있는 AI 반도체 '상보형-트랜스포머(Complementary-Transformer)'를 세계 최초로 개발해 1월 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표하기도 했습니다. 

한편, 글로벌 시장조사 업체 아이마크그룹(IMARC Group)에 따르면 글로벌 뉴로모픽 칩 시장 규모는 2023년부터 2028년까지 연평균 16.6%의 성장률을 보이며, 2028년 86억 달러에 달할 것으로 전망됩니다. 

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