참가업체

2020NANOPIA아이디어톤 참가신청

참가신청서

2019-10-22 18:54:36 422 0
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본문

참가분야
나노기술관련 전분야
아이디어톤 주제
시냅스 소자에 응용될 스커미온 시뮬레이션 연구
성명(팀명)
Lab.SO.D.
참가자정보
이름
이*현
소속
울산대학교
부서
물리학과
휴대전화
010****9092
이메일
wka**@**il.com
소속팀원(1)
팀원1
이름
장*성
학교
울산대학교
학과
물리학과
이메일
sa7**@**il.com
휴대전화
010****2956
개발동기 및 목적
21세기에 들어 인류의 인터넷 사용이 보편화 되고 데이터의 양이 급증함에 따라 빅데이터를 처리하여 원하는 작업을 수행하는 인공지능의 수요가 점점 늘고 있다. 인공지능은 인공 신경망을 통해 입력된 데이터를 판단하는데 현재의 폰 노이만 구조를 따르는 통상적인 컴퓨터는 막대한 데이터를 순차적으로 처리하여 처리속도가 느리고 전력 사용량이 높다. 이를 해결하기 위해 연산과 저장을 동시에 병렬적으로 처리하는 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 컴퓨팅 소자 개발의 수요가 높아지고 있다. 인간의 행동과 생각을 관장하는 뇌는 뉴런이라는 신경세포의 집합체이다. 뉴런은 이온 통로를 발현하여 전기적인 신호를 전달하는 신경 세포이다. 뉴런세포는 세포 내에서 정보를 이동시킬 때는 전기신호를 이용하는데 다른 뉴런과는 물리적으로 분리되어 있어 시냅스와 수상돌기에서 신경 전달 물질을 이용해 정보를 전달한다. 시냅스는 신경전달의 효율성을 최대로 하기 위해 소멸, 생성되고 커지거나 작아지는 등의 변화를 하여 정보 전달의 세기를 조절한다. 시냅스는 효율성에 따라 정보 이동의 강도를 조절한다. 전자의 2진법을 사용하는 디지털 컴퓨터는 정보를 여러개의 비트로 저장한다. 저장된 정보는 계산을 위한 CPU로 보내지게 되는데, 메모리와 CPU사이에 공유 데이터 버스의 처리율이 CPU의 계산속도에 미치지 못해 발생하는 폰 노이만 병목현상이 발생할 수 있다. 그러나 뉴로모픽 컴퓨터는 정보를 현재의 디지털 컴퓨터보다 더 적은 저장단위로 저장할 수 있고 여러개의 시냅스소자가 명령을 병렬적으로 처리할 수 있어 병목현상이 발생할 경우가 매우 적다. 같은 작업이라면 뉴로모픽 컴퓨터가 훨씬 적은 시간 내에 수행할 수 있으므로 에너지효율 또한 높다.
출품과제의 기술 설명
시냅스를 모방하기 위한 전자소자를 개발하기 위해서는 기존 0, 1로 정보를 저장하던 bi-stable 디지털 소자가 아닌 가변저항 방식의 multi-level 특성의 소자가 필요하다.
Multi-level 전위의 특성을 달성하기 위해서는 본 팀에서는 자기 저항에 자기 스커미온을 응용하였다.

자기 스커미온은 강자성체의 자화방향들의 모임인 준입자로, 스커미온의 내부는 자화방향이 강자성체의 반대방향이다.

스커미온은 특정 에너지 조건을 만족하면 생성되거나 존재할 수 있다. 그리고 스핀 토크 전달에 의하여 이동될 수 있다.
강자성체의 파라미터를 조절하여 스커미온을 원하는대로 생성, 이동 그리고 소멸시킬 수도 있다.

전류를 걸었을 때, 전자의 스핀과 강자성체의 자화 방향에 따라 저항이 다르게 되는 것을 자기 저항이라 한다.
스커미온은 강자성체 내부에 존재하며, 강자성체의 내부와 다른 자화방향을 갖게 된다.
강자성체에 존재하는 스커미온의 자화 방향은 모두 동일하므로 스커미온의 개수에 따라 자기저항이 변하게 될 것이다.
전압과 저항은 선형관계에 있으므로 저항이 생긴다는 것은 전압을 갖는 것과 동일하다.
즉, 전압 단계의 개수는 스커미온의 개수에 비례한다는 것이다.
이로써 multi-level의 정보의 생성과 소멸이 가능하며 인공 시냅스의 설계가 가능해진다.

 자성 스커미온은 수 나노 미터크기의 스케일이며 높은 밀도로 집적할 수 있고 이것은 작은 크기에도 높은 용량의 저장매체의 구현이 가능하다.
상기 언급한 인공 시냅스를 구현하려면 높은 수준의 나노 기술과 자본이 필요하다.
본 과제에서는 마이크로 자성 시뮬레이션을 통해 스커미온이 특정 조건 파라미터에서 생성되고 소멸될 수 있는 것이 구현되는 것을 확인하고, 자성 스커미온의 동역학 모델을 개발할 것이다.
본 팀에서 사용할 마이크로 자성 시뮬레이션은 벨기에 헨트 대학의 Van Waeyenberge의 연구팀이 개발한 Mumax3이다.
이 시뮬레이션 프로그램은 에너지와 연관된 여러 변수들을 조절하여  스커미온의 생성 및 소멸,  운동을 관찰하고 시뮬레이션 결과 이미지를 분석하여 저항을 계산하여 본 목적의 달성을 확인할 것이다.
자성 시컬미온이 소자의 저항을 어떻게 바꿀 것인지에 대한 연구가 진행될 것이다.
추후에는 딥 러닝과 이미지 분석을 통해 자성 스커미온의  정확한 움직임을 예측할 동역학 모델을 개발 할 것이다.
필요사항
출품 작품 구동을 위해 별도의 전기간선 작업 필요
기타사항
모니터 1대와 마우스 1개가 필요합니다.

행사장에는 기본적으로 테이블 1개, 무선와이파이(공용)는 제공됩니다. 시설물 이외에 캡스톤 작품을 구동시키기 위해 필요한 사항을 ‘필요사항’에 작성하기 바랍니다.
위에 작성하는 내용은 행사 준비 시 필요한 내용으로 서류 제출 후 수정 불가합니다. 정확하게 작성하여 주시기 바랍니다.
기타 문의사항은 이메일(office@nanopia.org)로 하시기 바랍니다.
참가기한은 ~ 2019년 10월 16일(수) 까지입니다.