뇌에서 영감을 얻은 컴퓨터를 진전시키는 새로운 형태의 메모리

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-05

새로운 종류의 컴퓨터 메모리가 생물학적인 뇌와 같은 기능을 하는 좀 더 유능한 컴퓨터 칩을 가능하게 만들 수 있다고 아이비엠(IBM)의 연구자들이 말한다. 이 새로운 컴퓨터 메모리는 기계가 예를 들어 이미지나 비디오 영상을 해석하는 것과 같은 작업에 대하여 인간의 뇌가 가진 해석 능력에 견줄 만하게 되도록 도울 수 있다. 아이비엠(IBM)의 연구자들은 생물학적 뇌의 작동원리에 영감을 받는 방식으로 데이터를 처리하는 디바이스를 만들기 위하여 상변화 메모리(phase-change memory)라고 알려진 것을 이용하고 있다. 연구자들은 상변화 메모리칩 시작품을 이용하여 상호간에 165,000개의 연결(신경 접합부, synapse)을 가지는 913개의 신경 세포(neuron)망처럼 동작하는 시스템을 구성하였다. 이러한 신경 접합부의 강도는 메모리칩이 입력되는 데이터를 처리함에 따라 변하여 가상 신경 세포가 상호 간에 미치는 영향을 변경한다. 연구자들은 이러한 특성을 이용하여 시스템이 손으로 작성한 숫자를 인식하는 것을 학습하도록 만들었다. 상변화 메모리는 몇 년 내에 시장에 출시될 것으로 기대된다. 이러한 상변화 메모리는 현재 컴퓨터에 사용되는 메모리보다 정보를 더 빠르게 쓰고, 더 집적시킬 수 있다. 상변화 메모리는 0 또는 1의 디지털 비트 정보를 나타내는 2가지 상태 사이에 서로 변환할 수 있는 세포(cell)들의 격자로 구성된다. 아이비엠(IBM)이 만든 실험용 시스템에서 각각의 신경 접합부는 서로 협력하는 한 쌍의 메모리 세포로 표현된다. 컴퓨터 과학자들은 신경 세포와 신경 접합부를 조악하게 모사하는 칩에 대하여 얼마 전부터 연구하고 있다. 이처럼 신경 시스템에 존재하는 신경 생물학적 구조를 모사하는 대규모 집적회로 설계는 현재 우리가 사용하는 칩과는 근본적으로 다르다. 그러나 이처럼 신경을 모사하는 설계는 경험에서 배우거나 영상을 이해하는 것과 같이 현재의 컴퓨터가 통상적으로 어렵게 여기는 작업을 효율적으로 수행하는 새로운 형태의 컴퓨터를 가능케 할 수 있다. 2014년 초에 아이비엠(IBM)은 가장 복잡한 신경 모사 칩을 발표하였다. 이것은 스마트폰 프로세서를 만드는 데에 사용되는 기술 및 구성요소를 이용하여 만들어졌다. 아이비엠(IBM)이 지난 2014년 12월 마지막 주에 공개한 실험용 시스템은 2014년 초에 발표한 칩보다 훨씬 덜 강력하다. 그러나 이 새로운 시스템이 가진 165,000개의 신경 접합부가 상변화 메모리를 이용하여 만들어졌다는 사실은 매우 의미 있는 것이라고 미국 캘리포니아 주 새너제이(San Jose)에 위치한 아이비엠(IBM)의 알마덴 연구 센터(Almaden Research Center)에서 연구원으로 있는 제프 버(Geoff Burr)가 말했다. 상변화 메모리는 데이터를 매우 집적시켜서 저장하며, 이로 말미암아 더 많은 신경 접합부를 가지는, 뇌에서 영감을 얻는 시스템을 만들 수 있게 하므로 신경 모사 컴퓨터 시스템에 특히 적합한 것으로 여겨진다고 제프 버가 설명하였다. 또한, 상변화 메모리는 재프로그램하는 것이 더 간단하다. 이러한 특성은 새로운 데이터를 입력 받으면서 자신의 행동을 조절하여 배울 수 있는 신경 모사 시스템(neuromorphic system)을 실용적으로 제작할 수 있게 만든다. 신경 모사 시스템을 만들기 위하여 상변화 메모리를 이용하려는 이전의 노력은 100개 내외의 신경 접합부를 가져서 그다지 대단하지 않았다고 제프 버가 말했다. 반면에 새로운 시스템은 아이비엠(IBM)과 한국의 포항공대 연구자들에 의하여 제작되었으며, 크기가 1000배 이상이다. 이러한 연구 결과는 2014년 12월 초에 샌프란시스코(San Francisco)에서 열린 전자장치와 관련된 국제 학술회의(명칭: International Electron Devices Meeting)에서 발표되었다. 연구팀은 상변화 메모리를 구성하는 각각의 유닛이 가진 성능의 자연적 변동성(natural variability)을 측정하고 보상하는 기법을 개발하였기 때문에 훨씬 더 큰 시스템을 만들 수 있었다. 유사한 변동성이 현재의 컴퓨터나 휴대전화에 사용되는 통상적인 메모리칩에 영향을 미치지만, 오류 점검 방법은 이러한 기존의 메모리칩보다 더 진보된 것이다. 연구자들이 만든 메모리칩은 표준 데이터 집합에서 선택하여 손으로 작성한 5,000개의 숫자 이미지를 보여주었을 때 이를 82퍼센트의 정확도로 인식할 수 있었다. 이러한 정확도는 이전에는 경험할 수 없었던 것이다. 더욱이 최근에 연구팀은 오차 보정 방법을 약간 수정하여 정확도를 99퍼센트에 근접하도록 만들었다. 상변화 메모리는 흥미로운 방식으로 신경 모사 설계를 개선할 수 있다고 신경 모사 칩의 설계를 연구하고 있는 미국 퍼듀 대(Purdue University)의 유지니오 쿨루첼로(Eugenio Culurciello) 교수가 말했다. 그러나 공학자들이 뇌를 모사하는 칩의 창안 방법을 이해하는 수준은 아직 초기 단계에 불과하다고 언급하였다. "이러한 것들은 아직 연구자들에게 낯설다"고 유지니오 쿨루첼로 교수가 말했다. 2015-01-01_NewForm1.jpg http://www.technologyreview.com/news/533526/new-form-of-memory-could-advance-brain-inspired-computers/