과학기술정보통신부와 한국원자력연구원이 충북대학교, 벨기에 IMEC와 함께 우주 방사선 환경에서도 안정적으로 동작하는 차세대 인공지능 반도체 기술을 세계 최초로 검증했다. 이번 성과는 과기정통부 지원을 받아 수행된 연구를 통해 확인됐다.
최근 우주 탐사 기술이 발전하면서 인공지능과 빅데이터 분석을 담당할 반도체가 극심한 우주 방사선 환경에서도 정상적으로 작동할 수 있는 내 방사선 특성을 확보하는 것이 핵심 과제로 떠올랐다. 연구팀은 차세대 반도체 물질인 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)을 활용해 시냅틱 트랜지스터를 제작하고, 이를 통해 우주 환경에서의 인공지능 반도체 적용 가능성을 검증했다.
제작된 소자는 원자력연 양성자가속기를 이용해 고에너지 양성자 빔으로 조사되었다. 해당 방사선량은 지구 저궤도의 우주 방사선에 20년 이상 노출된 수준에 해당한다. 평가 결과, 소자의 구동 전류가 일부 감소하는 현상은 나타났지만, 핵심적인 스위칭 동작과 시냅스 가소성은 안정적으로 유지됐다.
연구팀은 방사선 노출 상태에서의 인공지능 연산 능력을 검증하기 위해 손글씨 인식 실험을 진행한 결과, 높은 인식 정확도를 기록했다. 또한 시간에 따른 데이터 처리가 가능한 레저버 컴퓨팅 시스템을 구현해 4비트 연산 능력을 입증하면서 실제 우주 환경에서도 활용할 수 있는 가능성을 제시했다.
이번 연구는 과기정통부의 ‘내 방사선 국가 전략 반도체 핵심 기술 개발 사업’과 ‘기초연구실 지원사업(심화형)’의 지원을 받아 수행됐다. 충북대학교는 소자 제작과 특성 평가를, 한국원자력연구원은 양성자 조사 설계 및 분석을, IMEC은 결과 해석을 담당했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘반도체 공정 재료 과학 저널(Materials Science in Semiconductor Processing)’ 3월호에 게재됐다.
공동연구팀은 “이번 연구를 통해 고에너지 방사선 환경에서도 IGZO 기반 시냅틱 소자가 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템으로 충분히 작동할 수 있음을 증명했다”며, “향후 성능 저하를 최소화할 방안을 연구하고, 방사선 영향 분석 시스템을 고도화해 우주항공용 인공지능 반도체 기술을 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.
과기정통부 오대현 미래전략기술정책관은 “이번 성과는 우주와 같은 극한 환경에서도 인공지능 시스템이 정상 작동할 수 있음을 보여준 중요한 사례”라며 “대한민국이 우주항공용 인공지능 반도체 분야에서 핵심 기술을 자립적으로 확보할 수 있도록 지속적으로 지원하겠다”고 말했다.
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