오늘 소개할 것은 뇌에서 영감을 받은 소재입니다.
최근에는 놀랍기도 하고 약간 혼란스럽기도 한 논문을 읽고 있습니다.
사람들은 컴퓨터도 아니고 소프트웨어도 아닌 실리콘에서 자라는 실제 필름과 산화물을 소재 자체가 어떻게 학습할 수 있는지에 대해 이야기하고 있습니다.
결정 조각이 어떻게 무언가를 기억할 수 있을까요? 전하를 바꾸는 것이 뉴런의 행동 방식을 어떻게 모방할 수 있을까요?
이상하지만 생각할수록 더 이해가 됩니다. 뇌도 이러한 소재와 마찬가지로 코드로 만들어진 것이 아니라 원자와 전기장으로 만들어집니다.
강유전체 산화물, 상변화 필름, 적응형 스위칭은 원시 물리학을 지능으로 전환하는 방법을 보여주는 세 가지 예입니다.
그리고 이러한 노력의 일환으로 우리 자신에 대해서도 더 많이 배우고 있습니다.
강유전체 산화물
강유전체 산화물은 전압이 가해지면 내부 전기 분극을 역전시킬 수 있는 물질입니다.
간단히 말해, 전기장이 마지막으로 가리키는 방향을 기억합니다.
따라서 전원이 꺼져 있어도 상태를 유지하는 작은 비휘발성 메모리처럼 작동합니다.
하프늄 산화물(HfO₂)과 티타네이트 바륨(BaTiO₃)과 같은 소재가 인기 있는 선택입니다.
흥미로운 점은 이러한 강유전체가 생물학적 시냅스처럼 작동한다는 것입니다.
더 자주 자극할수록 전환하기가 더 쉬워집니다.
엔지니어들은 이를 사용하여 인간의 뇌에서 학습하는 것처럼 사용과의 연결을 강화하는 인공 뉴런을 만듭니다.
두께가 몇 나노미터에 불과한 이 작은 층이 과거를 '기억'하려고 노력하는 등 어떤 면에서 감동적이라고 생각합니다.
아직 지능은 아니지만 살아있는 무언가의 시작처럼 느껴집니다.
상변화 필름
상변화 물질(PCM)은 현대 물리학의 또 다른 기적입니다.
전류로 가열하거나 펄스화하면 비정질(무질서) 상태와 결정질(질서 있는) 상태 사이를 전환할 수 있습니다.
각 상태는 서로 다른 저항을 가지고 있어 이진 0과 1이 아닌 아날로그 값으로 정보를 저장할 수 있습니다.
즉, 기억력 감퇴의 물리적 버전인 GST(Ge₂Sb₂Te₅)를 점차 배우거나 잊을 수 있다는 뜻입니다.
여기서 유명한 소재는 광디스크와 뉴로모픽 칩에 사용되는 GST(Ge₂Sb₅Te)입니다.
처음 이 책을 읽었을 때 저는 전류가 흐를 때마다 원자들이 스스로를 재배열하는 작은 도시를 상상했습니다.
마치 연습을 통해 완벽하게 구조를 재구성하는 것처럼 말이죠.
온도의 역사를 기억할 수 있다는 생각은 과학적이면서도 시적이기도 합니다.
에너지는 필요하지만 이전으로 돌아가지 않는 느린 재배열이 바로 그것일지도 모릅니다.
적응형 스위칭
적응형 스위칭은 역사에 따라 다르게 반응하는 능력인 이 모든 재료의 핵심입니다.
즉, 재료는 적응합니다.
각 펄스, 각 전압은 내부 구조를 약간 변경하여 다음 펄스에 영향을 미칩니다.
시간이 지남에 따라 패턴이 나타나며 과거 입력을 반영하는 방식으로 전도도가 증가하거나 감소합니다.
이것이 메모리와 예측의 물리적 버전입니다.
적응형 재료는 학습 단위로 작용하는 시냅스 트랜지스터에 사용하기 위해 탐구되고 있습니다.
엔지니어들은 모든 연결이 무엇을 해야 하는지 지시받지 않고 자체 물리학을 통해 자연스럽게 학습하는 네트워크를 꿈꿉니다.
저에게는 그것이 사고력 있는 재료를 만드는 데 가장 가까운 것처럼 느껴집니다.
코드도, 제어도, 동작을 이해하는 것과 마찬가지입니다.
결론적으로 강유전체 산화물, 상변화 필름, 적응형 스위칭은 반도체에서 알고리즘이 아닌 원자를 통해 학습하는 새로운 철학을 나타냅니다.
이러한 철학은 지능이 갑자기 나타나는 것이 아니라 반복, 열, 불균형에서 서서히 성장할 수 있다는 것을 상기시켜줍니다.
모든 스위칭 이벤트, 모든 구조적 변화는 침묵 속에서 일어나는 작은 생각과 같습니다.
언젠가 진정으로 학습하는 칩을 들고 있으면 한 번 바뀌었을 때를 조용히 기억하며 스마트하게 만든 것은 소프트웨어가 아니라 소재 자체였다는 사실을 깨닫게 될 것입니다.