국내 연구진이 개발한 차세대 AI 반도체 소자가 가혹한 우주 방사선 환경과 유사한 수준의 방사선량 실험을 통과했다. 정상 동작이 처음 확인됐다.

과학기술정보통신부는 한국원자력연구원 첨단방사선연구소와 충북대학교, 벨기에 IMEC 공동연구팀이 반도체 핵심 소자를 가혹한 우주 방사선에 노출시키는 검증을 실시했다고 19일 밝혔다.

이번 연구에서 대학은 소자 제작 및 특성 평가, 출연연은 양성자 조사 설계 및 분석, 해외 기관은 결과 해석을 지원했다.

연구팀은 차세대 반도체 물질인 인듐-갈륨-아연 산화물 기반의 시냅틱 트랜지스터를 제작, 우주 환경을 모사해 방사선 영향을 검증했다.

검증은 양성자가속기를 이용해 방출한 33MeV급 고에너지 양성자 빔을 조사하는 방법으로 이루어졌다. 이때 조사된 방사선량은 지구 저궤도 우주 방사선에 20년 이상(저궤도 위성의 수명이 보통 5~15년) 노출하는 수준이다.

연구팀이 이 같은 방식으로 실험한 뒤 소자 특성을 평가한 결과, 소자 구동 전류가 일부 감소하는 등 성능 저하는 관찰됐으나, 반도체 핵심인 스위칭 동작과 뉴로모픽 소자의 핵심인 시냅스 가소성(뉴런 연결 강도 조절 능력)은 안정적으로 유지됐다고 설명했다.

특히 방사선 노출 상태에서의 AI 연산 효율을 검증하기 위해 실시한 '뉴로모픽 컴퓨팅 시뮬레이션(MNIST 손글씨 인식)'에서는 92.61%의 높은 패턴 인식 정확도를 기록했다. 또한 시계열 정보 처리에 적합한 ‘레저버 컴퓨팅’ 시스템을 구현, 4비트 연산 능력을 입증했다.

연구결과는 국제학술지 '반도체 공정 재료 과학 저널' 3월호에 게재됐다.

연구팀은 이 사업을 과기정통부 ▲ 방사선 국가전략반도체 핵심기술개발사업(2025~2029년, 총 128억원) ▲ 기초연구실 지원사업(심화형) 2025~2027년, 총 15억원)으로부터 지원 받았다.

연구팀은 향후 성능 저하 문제를 보완할 기술적 전략을 추가로 연구하고, 방사선 영향 평가 분석시스템을 강화해 뉴로모픽 반도체 및 로직 회로 수준에서 검증하는 단계로 연구를 확대해 나갈 계획이다.

오대현 과기정통부 미래전략기술정책관은 “우주와 같은 극한 환경에서도 AI 시스템이 정상 작동할 수 있다는 가능성을 보여준 사례”라며, “우주·항공용 AI 반도체 분야 핵심 원천기술을 확보하는 국산화 지원을 지속해 나갈 것"이라고 말했다.