초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 스파이킹 뉴럴네트워크(Spiking　Neural Network – SNN)의 수월성을 입증하고자 함. 이를 위해 SNN에 특화된 알고리즘을 발굴하고 다양한 알고리즘을 효율적으로 실행시킬 수 있는 뉴로모픽 프로세서의 아키텍처를 설계, 제작, 검증하였음. 특히, 상변화 메모리 소자를 시냅스로 이용하여 뉴로모픽 프로세서의 성능을 향상시키는 방안을 제시하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
◦ Spiking neural network(SNN)에 적합한 알고리즘을 개발하고 이를 컴퓨터 시뮬레이션

□ 연구개요
본 연구에서는 스파이킹 뉴럴네트워크(Spiking　Neural Network – SNN)의 수월성을 입증하고자 함. 이를 위해 SNN에 특화된 알고리즘을 발굴하고 다양한 알고리즘을 효율적으로 실행시킬 수 있는 뉴로모픽 프로세서의 아키텍처를 설계, 제작, 검증하였음. 특히, 상변화 메모리 소자를 시냅스로 이용하여 뉴로모픽 프로세서의 성능을 향상시키는 방안을 제시하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
◦ Spiking neural network(SNN)에 적합한 알고리즘을 개발하고 이를 컴퓨터 시뮬레이션 및 하드웨어로 구현하고자 하였음. 그 결과, 기존의 머신러닝 알고리즘인 Restricted Boltzmann machine(RBM)의 SNN에 적용 가능성에 집중하여 RBM을 SNN 방식으로 변환한 SNN-RBM 알고리즘을 다방면으로 연구함.
◦ SNN-RBM을 적용하여 학습 가능한 SNN 프로세서를 FPGA에 구현함. 구현된 프로세서는 시냅스와 뉴런이 직접적으로 연결되어 연산이 이루어짐. 이는 Process-In-Memory(PIM)향의 동작 특성을 가지며, 에너지 효율적이고 빠른 연산이 가능함. 이를 통해 디지털 방식의 SNN 프로세서가 SNN 알고리즘을 효율적으로 구현하는데 사용될 수 있음을 보임.
◦ IBM에서 제공하는 아날로그 신소자를 이용한 뉴로모픽 프로세서를 재료, 소자, 아키텍처, 알고리즘 레벨에서 SNN-RBM 학습 방식을 최적화하여 학습 성능을 끌어올림. 이 과정에서, 상변화 물질 기반 시냅스 소자의 고유 noise 특성을 SNN의 확률적 거동을 구현하는 데 사용할 수 있음을 입증함. 또한, spike 정보를 확률적으로 전달하는 pseudo synaptic sampling 방식을 이용하여 확률적 거동을 구현할 때, 학습 성능을 유지하면서 에너지 효율적으로 stochasticity를 부여할 수 있음을 확인함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구결과는 초기 연구 단계에 있는 SNN 분야에서 활용할 수 있는 알고리즘을 찾고 이를 이용한 하드웨어를 제작했다는 것에 큰 의의가 있음. 제작된 FPGA 하드웨어는 향후 SRAM 기반의 SNN 디지털 프로세서를 ASIC 방식으로 제작하는 데 활용될 수 있음. 본 연구에서 설계된 방식의 하드웨어는 PIM의 디지털 SNN 하드웨어로써 저전력, 고성능으로 동작할 것으로 기대함.
또한, SNN의 효과적인 학습을 위해 필요한 stochasticity를 구현하는 방법을 제시하여 추후 SNN 하드웨어 제작에 이용될 것으로 기대함. 상변화 메모리의 노이즈를 이용하거나, pseudo synaptic sampling을 통해 stochastic 동작을 구현하는 방식은 복잡한 회로를 추가하지 않아도 되므로, SNN 하드웨어에 필요한 확률적 거동을 효율적으로 구현하는데 사용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• a) Spiking neural network(SNN)에 적합한 알고리즘 개발 및 컴퓨터 시뮬레이션 기반 구현 ... 4
• b) 선택된 알고리즘을 기존의 아날로그 신소자 기반 SNN 프로세서를 이용하여 실행 ... 6
• c) 알고리즘 구현에 최적화된 디지털 SNN 프로세서 아키텍처 설계 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 19