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[사진 1. (왼쪽부터) 곽경문 석박통합과정생, 김현재 교수]

 

공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 차세대 인공지능(AI) 비전 시스템을 위한 ‘망막 모사형(retinomorphic)’ 반도체 소자를 개발했다. 이번 연구는 센서가 빛을 감지함과 동시에 정보를 직접 처리하는 ‘인-센서 컴퓨팅(In-Sensor Computing)’ 기술을 소자 수준에서 구현한 것으로, 엣지 인공지능(Edge AI)을 위한 비전 시스템의 실현 가능성을 입증했다.

 

기존 비전 시스템은 이미지 센서, 메모리, 연산 프로세서가 각각 분리되어 있어, 대량의 데이터 이동과 높은 전력 소모 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 기반 트랜지스터에 금속 감응섬(Metallic Sensitization Island) 구조를 결합해, 하나의 소자 내에서 빛을 감지하고 이를 메모리 기반 전류로 전환·처리할 수 있는 기능을 집적했다.

[그림1. 망막 모사형 하드웨어 및 정보처리의 개념도]

 

금속 감응섬 구조는 산화물 채널의 표면 상태와 산소 결함 농도를 국소적으로 조절함으로써, 별도의 외부 흡수층 없이도 가시광선 영역에서 높은 광 반응 특성을 구현한다. 또한 금속의 선택적 피복 여부에 따라 채널 내 전하 유지 특성과 시냅스 유사 반응을 조절할 수 있어, 망막 기능을 모사한 이미지 전처리와 연산에 최적화되어 있다.

 

실험 결과 해당 어레이는 다양한 패턴 인식 테스트에서 뛰어난 정확도, 전력 효율, 처리 속도를 입증했다. 특히, 색상과 형태 분류 및 전처리 연산을 동시에 수행해 차세대 인공지능 비전 하드웨어의 구조적 단순화와 전력 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다.

 

김현재 교수팀은 “이번 연구는 인공지능 비전 시스템의 핵심 요건인 다기능 통합과 초저전력 동작을 하드웨어 수준에서 구현한 데 큰 의의가 있다”며, “향후 엣지 AI 칩에 응용될 수 있도록 연구를 확대할 계획”이라고 밝혔다.

 

한편, 이번 연구 결과는 영국 IOP Publishing에서 발행하는 융합 공학 분야의 권위 있는 학술지 International Journal of Extreme Manufacturing (IF 21.3, JCR 상위 0.7%)에 게재됐다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.