원자력연구원, 우주방사선 견디는 AI 반도체 개발

저전력-고효율 연산 소자 제작
방사선 노출에도 연산기능 양호

한국원자력연구원은 첨단방사선연구소와 충북대, 벨기에 IMEC 공동연구팀이 우주 방사선 환경에서도 안정적으로 동작하는 차세대 인공지능(AI) 반도체 기술을 세계 최초로 검증했다고 24일 밝혔다. IMEC은 벨기에, 프랑스, 네덜란드 3국이 공동 설립한 비영리 종합 반도체 연구소다.

최근 우주 탐사 기술의 급격한 발전에 따라 인공지능(AI)과 빅데이터 분석을 처리할 반도체 소자가 우주의 가혹한 방사선 환경을 견딜 수 있도록 ‘내방사선’ 특성을 확보하는 것이 핵심 과제로 떠오르고 있다.

이에 연구팀은 차세대 반도체 물질인 인듐, 갈륨, 아연 산화물 기반의 시냅틱 트랜지스터를 제작해 우주 환경에서의 AI 반도체 활용 가능성을 검증했다. 시냅틱 트랜지스터는 인간 뇌의 신경세포 간 신호 전달을 위한 접합 부위인 ‘시냅스’를 모방해 저전력으로 고효율 AI 연산을 수행하는 소자다.

연구팀은 소자를 제작하고 특성을 평가한 뒤, 원자력연의 양성자가속기를 이용해 33MeV(메가전자볼트·에너지의 단위)급 고에너지 양성자 빔을 조사했다. 조사한 빔의 방사선량은 지구 저궤도 수준의 우주 방사선에 20년 이상(저궤도 위성의 수명이 보통 5∼15년) 노출된 것과 같은 수준으로 진행했다. 이후 소자의 특성을 재평가한 결과, 소자의 구동 전류가 일부 감소하는 등 성능 저하는 관찰됐으나 반도체의 핵심인 스위칭 동작과 뉴로모픽 소자의 핵심인 시냅스 가소성(뉴런 연결 강도 조절 능력)은 안정적으로 유지됨을 확인했다. 특히 방사선 노출 상태에서의 AI 연산 효율을 검증하기 위해 실시한 손글씨 인식에서 92.6%의 높은 패턴 인식 정확도를 기록했다.

연구팀은 “이번 연구는 고에너지 방사선이라는 극한 환경에서도 소자가 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템으로서 충분히 기능할 수 있음을 증명한 것”이라며 “향후 성능 저하 문제를 보완할 기술적 전략을 추가로 연구하는 등 연구를 확대해 우주항공용 AI 반도체 분야의 핵심기술로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.


이정훈 기자 jh89@donga.com