[비즈니스포스트] 한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 세계 최초로 하나의 메모리 셀로 메모리, 연산기, 데이터 변환 기능을 지원하는 지능형반도체를 개발했다.

과학기술정보통신부는 14일 한국과학기술원 유회준 교수 연구팀이 국내 최초로 D램 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적하여 인공지능 연산을 수행하는 PIM(프로세스 인 메모리) 반도체 ‘다이나플라지아’를 개발했다고 밝혔다.

PIM 반도체는 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적한 것으로 데이터 병목 현상과 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있어 초거대 인공지능 시대를 구현할 차세대 지능형반도체다.

기존에 개발된 PIM 반도체는 대부분 셀 하나에 8개 이상의 트랜지스터가 필요한 방식(SRAM-PIM)이거나 D램 기반이더라도 연산기를 셀 내부가 아닌 외부에 배치하는 방식(디지털 PIM)이었다.

이러한 디지털 PIM 방식은 메모리와 연산기 사이의 거리를 줄이고 대역폭을 넓혀 데이터 병목현상은 줄일 수 있지만 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적하여 연산성능을 올리지는 못했다.

반면 이번에 개발된 다이나플라지아는 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적한 아날로그 방식으로 연산 성능과 에너지 효율이 획기적으로 높아진다.

또 이번 연구에서 세계 최초로 개발된 ‘트리플 모드 셀’은 메모리, 연산기, 데이터 변환기의 기능을 동시에 지원하며 실제 인공지능 연산에 맞춰 하드웨어 구조가 만들어지는 것으로 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배 높은 효율성을 보인다.

이번 연구는 과기정통부의 'PIM 반도체 핵심기술 개발' 사업을 통해 설립된 'PIM 반도체 설계연구센터'에서 진행됐다, 연구 결과는 2월 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.

유회준 한국과학기술원 전기및전자공학부 교수는 “이번 연구는 기존 인공지능 반도체가 가지고 있던 메모리 병목현상을 해소할 뿐만 아니라 높은 처리량과 가변성을 갖는 고메모리 용량의 D램-PIM을 개발했다는 점에서 의미가 크다”며 “본격적인 상용화에 성공한다면 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 인공지능 모델에서도 높은 성능을 보일 수 있을 것”이라고 말했다.

전영수 과기정통부 정보통신산업정책관은 “PIM반도체 기술은 메모리반도체 기술에 강점을 보유한 우리나라가 앞서나갈 수 있는 잠재력이 높은 분야”라며 “글로벌 최고 수준의 초고속·저전력 인공지능 반도체를 개발할 수 있도록 하드웨어 뿐 아니라 국산 인공지능 반도체를 데이터센터에 적용하기 위해 필요한 소프트웨어 및 클라우드 관련 기술개발까지 적극적인 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다. 나병현 기자