인간의 뇌를 닮은 컴퓨터 칩: 뉴로모픽 기술이란?

인공지능 기술이 날로 발전하면서, 인간의 뇌처럼 학습하고, 기억하고, 효율적으로 에너지를 쓰는 시스템에 대한 관심도 함께 커지고 있다. 그 중심에 있는 것이 바로 ‘뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)’이다.

뉴로모픽 기술은 전통적인 컴퓨터 방식과는 전혀 다른 접근으로, 뇌의 신경세포(뉴런)와 시냅스를 모방한 하드웨어 시스템을 만들어내는 기술이다. 이 글에서는 인공지능의 효율성과 유연성을 혁신적으로 끌어올릴 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있는 뉴로모픽 기술의 개념, 작동 방식, 활용 분야, 그리고 향후 전망에 대해 쉽게 풀어보고자 한다.

 

뉴로모픽 기술이란?

‘뉴로모픽(Neuromorphic)’이라는 말은 ‘신경(Neuro)’과 ‘형태(Morphic)’의 합성어로, 인간의 뇌 구조와 기능을 모방한 컴퓨터 아키텍처를 의미한다.

이 개념은 1980년대, 미국의 전자공학자 카버 미드(C. Mead)가 처음 제안했다. 기존의 컴퓨터는 ‘폰 노이만 아키텍처(Von Neumann Architecture)’를 기반으로 한다. 이는 데이터와 명령어를 저장하고 처리하는 장치가 분리되어 있어, 대량의 연산을 할수록 처리 속도에 한계가 생긴다. 이른바 '메모리 병목 현상’이 대표적인 한계다.

반면, 뇌는 정보 저장과 처리 기능을 동시에 수행하며, 매우 적은 전력으로도 복잡한 계산을 빠르게 수행한다. 뉴로모픽 기술은 이러한 뇌의 작동 방식에서 영감을 받아, 저전력, 병렬처리, 적응성 학습이 가능한 컴퓨팅 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다.

 

뉴로모픽 칩은 어떻게 작동하는가?

뉴로모픽 시스템은 전자 소자를 활용해 뉴런과 시냅스를 전자적으로 구현한다. 기존 컴퓨터는 데이터를 CPU에서 처리하고, 메모리에서 저장하는 ‘단방향 흐름’ 구조지만, 뉴로모픽 칩은 데이터의 흐름과 처리가 동시에, 병렬적으로 일어난다. 대표적인 뉴로모픽 칩으로는 인텔의 ‘로이히(Loihi)’, IBM의 ‘트루노스(TrueNorth)’가 있으며, 국내에서는 KAIST, 포스텍 등도 관련 연구를 활발히 진행 중이다.

• 시냅스처럼 학습 가능: 입력을 받을수록 연결이 강화되는 가중치 조정이 가능
• 이벤트 기반 처리: 뇌처럼 필요한 순간에만 반응하고, 평소에는 대기 상태
• 저전력, 고효율: 병렬 연산 구조 덕분에 기존 컴퓨터 대비 에너지 효율이 매우 높음
• 실시간 감지와 반응: 시각·청각·촉각 등 센서 입력을 빠르게 처리 가능

 

어디에 활용되고 있나?

뉴로모픽 기술은 아직 초기 단계이지만, 다양한 분야에서 기대를 모으고 있다.

• 자율주행차 : 카메라와 센서를 통해 들어오는 막대한 양의 데이터를 빠르고 효율적으로 처리해, 실시간 반응과 판단이 가능하다.
• 로봇공학 :감각 정보와 운동을 동시에 처리하는 로봇의 ‘신경망’ 역할을 수행할 수 있다. 즉, 보다 유연하고 적응력 있는 로봇이 가능해진다.
• 헬스케어 :시각장애인을 위한 인공망막, 신경 질환 예측, 신경 인터페이스(BCI) 개발 등에 적용 가능성이 높다.
• 스마트 센서 및 IoT 기기 :에너지 소모가 적고, 빠르게 판단할 수 있는 센서를 탑재한 초저전력 스마트 기기에 적합하다.
• AI 칩 개발 :현재의 GPU·TPU 기반 딥러닝 연산을 넘어, 실제 ‘생각하는 기계’에 가까운 AI 개발로 이어질 수 있다.

 

뉴로모픽 기술의 도전 과제

아직 뉴로모픽 기술은 초기 단계이며, 상용화에는 여러 과제가 남아 있다. 하지만 이러한 한계를 넘어서려는 연구는 빠르게 진행되고 있으며, 뉴로모픽 기술은 향후 AI 하드웨어 혁신의 핵심 축이 될 것으로 기대된다.

• 실제 뇌처럼 작동하는 정교한 모델 구현의 어려움
• 기존 소프트웨어/프로그래밍 구조와의 호환성 문제
• 상용화에 필요한 제조 공정 및 설계 비용

 

참고 자료

• Intel – Loihi Neuromorphic Chip (https://www.intel.com/content/www/us/en/research/neuromorphic-computing.html)
• IBM Research
  - (https://research.ibm.com/blog/what-is-neuromorphic-or-brain-inspired-computing)
  - (https://research.ibm.com/projects/neuromorphic-computing) 
  - (https://research.ibm.com/publications/truenorth-design-and-tool-flow-of-a-65-mw-1-million-neuron-programmable-neurosynaptic-chip)
• MIT Technology Review – "Neuromorphic chips are making computers more brain-like"
• Nature Electronics (2021). “Neuromorphic computing and engineering.”
• Nature Electronics (2022). "Neuromorphic computing: From materials to systems architecture"