PIM(Process in Memory) 반도체 개념도. 과기정통부 제공D램 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해 인공지능 연산을 수행하는 PIM 반도체인 '다이나플라지아(DynaPlasia)'가 국내에서 개발됐다.
특히 이번 연구에서는 세계 최초로 하나의 셀이 메모리와 연산기, 데이터 변환기의 기능을 동시에 지원할 수 있는 '트리플 모드 셀'을 개발하는 등 기술적 진보를 이룬 것으로 평가된다.
과학기술정보통신부는 14일 한국과학기술원(카이스트) 유회준 교수 연구팀이 국내 최초로 '다이나플라지아'를 개발했다고 밝혔다.
'다이나플라지아'라는 이름은 D램 기반으로 필요에 맞춰 하드웨어 구조를 형성해 다양한 인공지능 모델을 처리할 수 있다는 의미를 담고 있다.
PIM 반도체는 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적한 것으로 데이터 병목 현상과 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있어 초거대 AI 시대를 구현할 차세대 반도체로 주목받고 있다.
앞서 개발된 PIM 반도체는 대부분 셀 하나에 8개 이상 트랜지스터가 필요한 방식(SRAM-PIM)이거나 D램 기반이더라도 연산기를 셀 내부가 아닌 외부에 배치하는 방식(디지털 PIM)이었다.
반면 이번에 개발된 다이나플라지아는 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적한 아날로그 방식으로 연산 성능과 에너지 효율이 획기적으로 올라간다고 연구팀은 설명했다.
여기에 셀 내부 연산 과정에서 손실되는 전류를 줄여 아날로그 연산을 수행하는 '누설전류 내성 컴퓨팅' 방식을 사용해 기존 디지털 PIM 방식 대비 15배 높은 데이터 처리량을 나타냈다.
챗GPT. 오픈AI 홈페이지 캡처또 이번 연구에서 세계 최초로 개발된 '트리플 모드 셀'은 실제 인공지능 연산에 맞춰 하드웨어 구조를 형성하는 것으로 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배, 챗GPT가 쓰는 그래픽처리장치(GPU) 대비 7배 높은 효율성을 보였다.
이같은 효율성은 AI 연산에서 세계 최고 수준의 에너지 효율 달성이라고 과기정통부는 밝혔다.
이번 연구는 과기정통부의 'PIM 반도체 핵심기술 개발' 사업을 통해 설립된 'PIM 반도체 설계연구센터'에서 진행됐고 결과는 지난달 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
유회준 카이스트 전기전자공학부 교수는 "삼성 반도체 공정에는 메모리와 로직(파운드리) 공정 두 가지가 있는데, 개방적인 로직 공정을 통해서는 당장이라도 상용화가 가능하다"고 말했다.
유 교수는 "개발한 기술을 삼성과 SK하이닉스가 마음껏 열람하고 필요하면 활용하도록 하고 있다"며 "파견된 삼성과 하이닉스 엔지니어가 같이 살피고 필요하면 기술 지원하는 방식"이라고 덧붙였다.
윤두희 과기정통부 정보통신방송기술정책과장은 "상용화되면 챗GPT와 같은 메모리 기반 연산에 가장 가까운 반도체"라며 "우리나라가 세계 최고인 D램은 재고 이슈가 생기면 영업이익이 떨어지는 문제가 있는데, D램을 최근 수요가 넘치는 AI 반도체로 변신시킬 수 있는 기술"이라고 말했다.