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제4차산업혁명 시대 (80): 뉴로모픽 컴퓨팅
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2020년 08월 01일(토) 09:08 [(주)문경사랑] 
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| | | ↑↑ 지홍기
영남대학교 명예교수
문경대학교 특임교수
문경시지역발전협의회 의장 | ⓒ (주)문경사랑 | |
뉴로모픽 컴퓨팅
뉴로모픽(Neuromorphic: 신경성) 컴퓨팅 또는 뉴로모픽 공학(Engineering)은 뉴런(Neuron: 신경세포)의 형태를 모방한 회로(Circuit)를 만들어 인간의 뇌 기능을 모사하려는 공학 분야이다. 이렇게 만들어진 회로와 칩(Chip)을 뉴로모픽 회로와 뉴로모픽 칩이라고 한다.
인공 신경망이 인간의 신경계를 소프트웨어적으로 모사한 것이라면, 뉴로모픽 칩은 신경세포를 하드웨어적으로 모사한 것이다. 즉, 뉴로모픽 칩이란 생물의 신경계(뇌) 구조를 모방한 컴퓨터 칩을 말한다.
인공지능, 반도체, 컴퓨팅
인공지능 기술은 반도체 하드웨어 및 컴퓨팅 기술의 발전에 힘입어 그 활용 범위가 더욱 확대되고 있다. 이러한 추세와 더불어 인공지능 반도체는 인공지능이 요구하는 컴퓨팅을 효율적으로 지원하기 위해서 고용량․고대역폭․고연산 처리속도․저전력 소모를 강화하는 방향으로 진화하고 있다.
따라서 인공지능 처리과정에서 학습을 넘어 추론 단계의 역할이 중요해지면서 에지 컴퓨팅의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 인공지능 기술의 진화에 따른 인공지능 반도체와 컴퓨팅 방식의 변화는 불가피하다. 즉, 인공지능 반도체는 초 소형화, 초 고용량화, 초 연산속도, 초 저전력 등의 반도체로 진화하고 컴퓨팅 방식은 기능의 내재성을 강화하고 이동성 제고로 재편되고 있다
인공지능 반도체 발전 추이
현재 반도체 기술은 트랜지스터를 작게 만들어 집적도를 높이는 미세공정이 나노기술 수준에서 구현되어 소모 전력은 낮추되, 집적도와 동작 주파수를 높이는 방향으로 개선 중이다. 그러나 현재 실리콘 반도체 스케일링(Scaling, 미세공정)은 한자리 나노미터(nm)에 도달하여 한계에 직면하고 있으며, 반도체의 성능개선 및 진화속도가 점점 늦어지고 있는 상황이다.
따라서 반도체는 기본적으로 인공지능이 요구하는 컴퓨팅을 효율적으로 지원·처리하는 기술의 중요성이 높아지고 있다. 또한 인공지능은 기본적으로 빅데이터를 실시간으로 처리(수집․분석․저장)하기 때문에 반도체의 처리용량, 대역폭, 연산처리속도, 저전력소모 측면에서 획기적인 성능진보가 요구된다. 특히, 인공지능 서비스의 활용 범위가 확대되면서, 요구되는 컴퓨팅 성능은 전력소모량이 적으면서 연산처리속도는 높은 인간의 뇌를 닮은 반도체로 발전하고 있다.
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| | ⓒ (주)문경사랑 | |
인간의 뇌를 닮은 뉴로모픽 반도체
알파고 쇼크로 부상한 인공지능은 미래 반도체 기술의 핵심이다. 소프트웨어인 인공지능이 효율적으로 작동하려면 그에 합당한 하드웨어인 신경계(뇌)의 구조인 컴퓨터 칩이 있어야 한다. 그 대안이 바로 뉴로모픽 반도체이다.
따라서 뉴로모픽 반도체는 반도체에 있는 신호 전달체계를 사람의 신경세포처럼 구성해야 한다. 사람의 뇌는 수천억 개의 뉴런과 수 백조 개 이상의 신경 접합부(Synapse)가 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 저전력으로 기억과 연산, 추론, 학습을 수행한다. 이를 인간의 뇌 구조와 닮게 만든다면 적은 에너지로도 복잡한 인지 과정을 수행할 수 있다.
인공지능, 반도체, 컴퓨팅의 미래
인간의 뇌를 닮은 뉴로모픽 반도체 개발의 핵심은 나노기술이다. 현재 반도체 회로를 구성하는 여러 소자는 나노미터 수준에서 구현되기 때문이며, 그러므로 나노기술 혁신 없이는 미래 반도체는 없다. 미래 반도체가 없다면 다가오는 인공지능과 컴퓨팅에 의한 로봇의 시대를 주도할 수 없다.
따라서 뉴로모픽 반도체는 크기가 나노 수준으로, 컴퓨팅 기술은 내재성과 이동성의 혁신으로, 인공지능은 인간의 두뇌에 접근하는 수준의 경지로 각각의 기술들이 융합하면서 인공지능 시대를 열어가고 있다.
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