[개념] 뇌의 작동 방식을 실리콘에 구현해서 인간의 사고과정과 비슷하게 정보를 처리하는 소형의 뇌 신경 모방칩
사람의 뇌신경을 모방한 차세대 반도체이며, 인공 뉴런(Neuron)을 병렬 구성함으로써 빠른 처리 능력을 구현하고 전력소비량을 낮출 수 있는 기술
시냅스와 뉴런으로 구성되어 있으며 이를 스파이크의 자극에 의해 서 스스로 상황에 따라 유기적으로 조절하는 인공지능 반도체
무어의 법칙이 한계에 도달하기 시작하면서 뉴로모픽 칩과 이를 적용한 컴퓨팅은 향후 하드웨어 개발을 위한 촉매제가 되고 있다. 뉴로모픽은 SNN(Sparking Neural Networks)과 장래 플래시 메모리를 대체할 멤리스터(Memristor)를 사용하여 인간의 뇌를 모방한다. 사용자가 자가 학습, 에너지 효율적인 장치의 꿈을 실현할 수 있도록 실시간 저전력 컴퓨팅을 제공한다. 이를 적용한 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 및 엣지 장치와 같은 새로운 기술은 적은 전력 소비로 혁신적으로 가속화 된 추론을 확장하고 수행할 수 있다.
기존의 반도체 칩이 갖는 전력 확보 문제를 해결할 수 있고 데이터 처리 과정을 통합할 수 있어 차세대 가장 핫 한 기술로 주목된다. 이는 인간의 뇌를 모방해 기억과 연산을 대량으로 같이 진행할 수 있도록 하는 것이 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술의 핵심이다
[저전력을 위한 반도체 기술]
- 기술유형:
스파이킹 뉴럴 네트워크(Spiking Neural Networks: SNN)
SRAM 기반 프로세싱 인 메모리(Processing in Memory: PIM)
신경 과학(Neurology)의 최신 인사이트를 적용함으로써, 고전적인 컴퓨터 보다 인간의 뇌와 같은 기능을 하는 칩을 만드는 것이 목적이기도 하다. 또 뉴로모픽 칩은 상황에 따라 조절될 수 있는 스파이크(전기자극)와 시냅스를 사용하여 뇌의 뉴런들이 어떻게 의사소통하고 학습하는지 모델링한다. 또 이 칩들은 학습된 패턴과 연관성을 대응하여 스스로 구성하고 결정을 내리도록 디자인되었다.
진화하는 실제 데이터에 대한 지속적인 학습과 적응이 실시간으로 필요한 다양한 AI 엣지 디바이스 및 애플리케이션에서 개발이 보다 쉬어지고 현장에서 인텔리전스 및 자동화를 혁신적으로 적용될 것으로 예상
7월 31일 네이처를 통해 발표(논문:Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture-다운)된 중국 칭화대학교(Tsinghua University) 루핑시 (Luping Shi) 교수 연구팀이 개발한 뉴로모픽 칩 '텐직(Tianjic 2.0)'은 3.8x3.8 제곱 밀리미터의 손톱 크기에 약 4 만 개의 뉴런과 1 천만 개의 시냅스로 구성됐다.
[특징] 1) 저전력 (초당 10회, 10Hz, CPU GHz단위 연산처리),(20와트 vs 메가와트급)
2) 병렬연산수행 및 정보처리
[동작]
코어의 일부 소자는 뇌의 신경세포인 뉴런의 역할을 담당하며, 코어 속의 메모리는 시냅스(뉴런과 뉴런 사이)를 담당
하나의 코어에서 발생한 전기 신호가 다음 층의 코어로 빠르게 전달되면 둘 사이의 연관이 높다고 판단하고 저항을 낮춰 흐르는 전류량을 늘립니다.
처음에는 모든 코어 사이에 흐르는 전류량이 비슷하지만, 학습이 진행될수록 전류량의 차이는 커집니다. 소프트웨어는 연결의 가중치를 높이고 낮추는 과정이 모두 명령어에 의한 연산이지만, 뉴로모픽은 코어 안의 전자 회로가 알아서 수치 조절을 할 수 있어 특별한 연산이 필요 없습니다.
1-1-6. IBM Watson & 뉴로모픽칩의 한계 – 고체칩을 유기체칩으로 전환해야
반도체칩이 고체칩이어서, 두뇌가 가지고 있는 뉴런과 시냅스 등과 생체호환이 안 된다는 단점을 갖고 있다.
▲ IBM과 인텔이 각각 개발하고 있는 고체칩의 뉴로모픽칩. Image: IBM / Intel
뉴로모픽 컴퓨팅의 핵심 기술인 뉴로모픽 칩은 사람의 사고 과정과 비슷하게 정보를 처리하는 새로운 반도체로 뇌의 작동방식을 최대한 실리콘에 구현하는 기술
- 반도체 칩 안에는 여러 개의 ‘코어(Core)’들이 존재하며, 코어에는 트랜지스터를 포함한 몇 가지 전자 소자들과 메모리 등이 탑재
- 코어의 일부 소자는 뇌의 신경세포인 뉴런의 역할을 담당하며, 메모리칩은 뉴런과 뉴런 사이를 이어주는 시냅스 기능을 담당 - 인공 뉴런 역할을 하는 코어를 사람의 뇌처럼 병렬로 구성하였기 때문에 적은 전력*만으로 많은 양의 데이터 처리가 가능하며, 인간의 뇌처럼 학습하고 연산하는 능력**까지 증가
* 뇌는 뉴런과 시냅스를 잇는 방대한 연결구조가 병렬로 이루어져 소요전력이 적으며, 특히 시냅스의 경우 일을 하거나 하지 않을 때 수시로 이어졌다 끊어지면서 에너지 소모량을 최소화
