인간의 복잡한 뇌신경 구조를 닮은 반도체칩 ‘뉴로모픽’ [지식용어]

[시선뉴스 김아련] 지난 4일 인텔은 뉴로모픽 리서치 커뮤니티(INRC, Intel Neuromorphic Research Community)가 진행 중인 연구 성과를 발표했다. INRC는 2018년 출범 후 현재 100곳 이상의 멤버를 확보하고 있다.

이날 인텔은 INRC가 진행한 뉴로모픽 연구 테스트 칩인 로이히(Loihi)를 활용해 연산한 연구 결과를 소개했다. 여기서 ‘뉴로모픽’이란 뇌신경구조를 모방해 하드웨어 크기와 전력 소모를 대폭 줄일 수 있는 반도체를 말한다.

1제곱 밀리미터에 10억 개의 시냅스를 가진 인간의 뇌는 매우 복잡한 신경들이 지나고 있다. 이렇게 인간의 뇌가 내리는 직관적인 연산과 판단은 똑똑한 인공지능도 따라잡기 힘든 부분이 있다. 그래서 최근에는 이러한 뇌에서 반도체의 미래를 찾는 연구가 화제를 모은 것.

인간의 뇌는 1000억 개가 넘는 신경세포(뉴런, neuron)가 시냅스(synapse)라는 연결 고리를 통해 서로 다른 뉴런과 서로 신호를 주고받으며 순식간에 정보를 처리하고 저장한다.

약 1000억 개의 뉴런은 100조 개 이상의 시냅스가 병렬적으로 연결돼 있는데, 약 20W 수준의 저전력으로도 기억 연산 추론 학습 등을 동시에 수행할 수 있다. 똑똑한 알파고에 비해 인간의 뇌는 밥 한 그릇 수준인 20W만으로도 복잡한 계산을 수행하는 것이다.

이처럼 뇌에서 정보를 전달하는 화학적 시냅스 정보 전달체계는 적은 에너지로도 고도의 병렬 연산을 처리할 수 있어 AI(인공지능)의 중요한 열쇠로 떠올랐다. 특히 공학자들은 뇌의 신경세포가 스파이크 형태의 신호를 주고받고, 시냅스 연결 강도를 조절해 정보를 처리하는 구조가 반도체와 비슷하다는 데 착안했다.

컴퓨터공학자들은 뉴로모픽 소자 개발을 위해 기존 메모리 소자인 S램, R램, PC램 등을 연구하고 있다. 그중 메모리(memory)와 저항(resistor)의 합성어인 ‘멤리스터’(Memristor)가 가장 대표적으로 꼽힌다. 이는 뇌에 있는 신경세포와 시냅스처럼 빠르고 효율적으로 정보를 처리하는 차세대 메모리 소자로 주목받고 있다.

얼마 전 인텔 뉴로모픽 컴퓨팅 랩(Intel Neuromorphic Computing Lab) 디렉터는 인텔이 2년이라는 짧은 시간 동안 뉴로모픽 컴퓨팅의 가능성에 영감을 받아, 컴퓨팅 효율, 속도, 지능적 기능 분야에서 상당한 진전을 달성하기 위해 전 세계 수백 명의 연구가들로 구성된 역동적인 커뮤니티를 결성했다고 밝혔다.

한편 학계에서는 뉴로모픽 칩의 상용화는 아직 멀었다고 말한다. AI 기술이 비약적인 발전을 이루었지만 아직 인간을 완벽히 따라잡지는 못한 것이다. 그러나 앞으로 뉴로모픽은 인간과 AI의 간극을 좁혀 더욱 정교해진 IT 기술이 탄생할 것이라 전망되고 있다.