최종현학술원은 뉴로모픽 컴퓨팅 분야의 세계적 권위자인 함돈희 하버드대 공학·응용과학부 석좌교수를 초청해 특별강연을 개최했다고 1일 밝혔다.

지난달 28일 서울 강남구 한국고등교육재단 빌딩에서 열린 특강에서 함 교수는 신경과학과 반도체 공학을 융합해 인간 뇌의 정보처리 원리를 규명하고 이를 차세대 컴퓨팅 기술로 구현하기 위한 최신 연구 성과를 소개했다.

함 교수는 "인간의 뇌는 약 20와트(W)의 에너지로 학습과 추론, 기억 기능을 수행하는 고효율 정보처리 시스템"이라며 "뇌의 작동 원리를 이해하는 것이 미래 컴퓨팅 기술 혁신과 직결된다"고 강조했다.

또한 "뇌의 기억과 학습은 시냅스를 통해 이뤄지며, 시냅스 연결 구조와 변화 과정을 이해하는 것이 뇌의 정보처리 원리를 규명하는 핵심이라고 설명했다.

이와 관련, 함 교수 연구팀이 개발한 반도체 기반 신경 신호 측정 플랫폼인 'iMEA(Intracellular Microelectrode Array)'를 중심으로 뇌 신경망 연구와 뉴로모픽 반도체의 미래 가능성을 설명했다.

이 기술은 살아있는 신경세포 내부에서 발생하는 전기 신호를 대규모로 동시에 측정할 수 있는 시스템으로, 신경과학 분야의 오랜 과제로 꼽혀온 '정밀도와 규모의 딜레마'를 극복할 수 있는 새로운 접근법으로 주목받는다.

기존 기술이 소수 뉴런의 정밀 측정과 대규모 신경망 관측 사이에서 선택을 요구했다면, 연구팀은 세포와 전극이 결합하는 구조와 전기적 상호작용을 최적화한 회로를 설계해 두 가지를 동시에 구현하는 데 도전했다.

연구팀은 iMEA를 활용해 반도체 칩 위에서 배양된 수천 개 뉴런의 활동을 분석하고 수만 개 규모의 기능적 시냅스 연결을 재구성하는 데 성공했다.

함 교수는 이런 접근이 뇌의 정보처리 원리를 규명하고, 인간 뇌의 연결 구조를 모사하는 차세대 뉴로모픽 반도체 개발의 기반이 될 수 있다고 설명했다.

현재 연구팀은 체외 배양 세포 연구를 넘어 살아있는 동물의 뇌에서 신경 신호를 측정하는 인비보(in-vivo) 연구도 진행하고 있다.

함 교수는 뇌 조직의 움직임과 면역 반응 등 기술적 과제가 남아 있지만 장기간 안정적으로 신경 신호를 측정할 수 있는 플랫폼 개발에 집중하고 있다고 전했다.

이어진 대담에서는 신창환 고려대 전기전자공학부 교수가 좌장을 맡아 뉴로모픽 반도체의 기술적·산업적 가능성을 논의했다.

함 교수는 "현재 산업계의 뉴로모픽 반도체가 뇌의 작동 원리를 완전히 구현한 단계는 아니다"라면서도 "메모리와 연산의 통합, 초저전력 정보처리 및 분산형 네트워크 구조 등 뇌의 특성이 향후 반도체 설계에 중요한 영감을 제공할 것"이라고 말했다.