서강대학교 화학과 박준우 교수 공동 연구팀,

분자 멤리스터를 활용한 뇌모방 초저전력 분자 인공시냅스 소자 개발

▲ (좌측부터) 화학과 박준우 교수, 임찬진 석사과정생, 김태길 석박사통합과정생

   서강대학교(총장 심종혁) 화학과 박준우 교수와 칭화대학교 화학과 Yuan Li 교수로 구성된 공동 연구팀이 양자 산란 효과를 통한 분자 멤리스터 특성을 확인하고, 이를 활용하여 인공시냅스 소자를 구현하였다.

새로운 기술(인공지능, 5G 통신, 자율주행 등)의 도입과정에서 컴퓨터의 연산량이 폭발적으로 증가하는 상황에서 현재 컴퓨팅 시스템은 연산속도 및 에너지 소모 관점에서 한계가 있기 때문에 지속 가능하지 않다. 국제에너지기구의 보고에 따르면, 2026년 미국 내 데이터 센터의 전력 소모가 미국 내 1년 총 전력 소비의 약 6%에 이를 정도로 막대한 에너지가 사용될 것으로 예측되는 등 저전력 컴퓨팅 시스템 구현은 중요한 사안이다.

▲ 분자 멤리스터의 구동 원리 및 인공시냅스 특성

박준우 교수 연구팀은 분자 내 전하 이동 시 발생하는 전하-오비탈 간 양자 산란으로 인해 분자의 구조가 변할 수 있음을 처음으로 보였고, 이 현상을 이용하여 차세대 저전력 컴퓨팅 소자를 구현하기 위해, 뉴로모픽 컴퓨팅용 분자 인공시냅스 소자를 구현하는데 성공하였다. 이 분자 박막은 약 2nm의 두께로 실제 생체 시냅스 간극보다도 약 10배 작은 크기이다. 분자의 전도도를 뉴럴 네트워크의 가중치로 정의하였고, 손글씨 패턴을 읽는 정확도를 90%이상 구현하는데 성공하였다. 연구진이 사용한 분자는 구조 변화에 극히 낮은 에너지(약 20 kJ/mol)가 필요하기 때문에 차세대 저전력 컴퓨팅 소자의 새로운 가능성을 제시한다.

박준우 교수 연구실의 석사과정 임찬진 대학원생과 석박사통합과정 김태길 대학원생이 공동 제 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구와 G-램프 사업(이덕형 사업단장)의 지원을 받아 진행되었으며, 연구결과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Science’(인용 지수 15.1)에 게재되었다.