M램 '인-메모리 컴퓨팅' 최초 구현.. 삼성, 차세대 AI반도체 기술 초격차

정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원. <삼성전자 제공>

삼성전자가 사람의 뇌와 유사하게 기억과 연산을 할 수 있는 초격차 메모리 기술을 선보여 국제 학술계에서 인정을 받았다.

삼성전자는 자기저항메모리(M램)을 기반으로 메모리 내에서 데이터 저장부터 연산까지 수행할 수 있는 최첨단 기술 '인-메모리 컴퓨팅'을 세계 최초로 구현하고, 이 연구 결과를 담은 논문이 12일(현지시간) 영국 학술지 '네이처'에 게재됐다고 밝혔다.

해당 연구는 정승철(사진) 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 제1저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대학교 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.

기존 컴퓨터는 데이터의 저장을 담당하는 메모리 칩과 데이터의 연산을 책임지는 프로세서 칩을 따로 나누어 구성한다. 인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내 대량의 정보를 이동 없이 메모리 내에서 병렬 연산하기 때문에 전력 소모가 현저히 낮아, 차세대 저전력 인공지능(AI)반도체를 만드는 유력한 기술로 주목받고 있다.

이런 인-메모리 컴퓨팅에 활용할 수 있는 비휘발성 메모리 후보군으로 R램, P램, M램 등이 거론돼 왔다. R램과 P램의 경우 인-메모리 컴퓨팅 구현 사례가 있었으나, M램은 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 전력 이점이 크지 않아 이번 연구 전까지 인-메모리 컴퓨팅으로 구현되지 못했다.

삼성전자 연구진은 이런 M램의 한계를 기존 '전류 합산' 방식이 아닌 신개념의 '저항 합산' 방식의 구조를 통해 저전력 설계에 성공했다. 이번 연구를 공정에 접목하면 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리인 M램을 세계 최초로 인-메모리 컴퓨팅으로 구현할 수 있다고 회사측은 설명했다.

AI반도체는 학습·추론 등 인공지능 서비스 구현에 필요한 대규모 연산을 높은 성능·높은 전력 효율로 실행하는 반도체로, 오는 2025년까지 매출 기준 연평균 성장률이 28% 이상을 기록할 것으로 예상된다.

특히 연구진은 새로운 구조의 M램 칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라, 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로 활용하는 가능성도 함께 제안했다. 뉴로모픽 반도체 신소자를 활용하고, 새로운 설계를 더해 사람의 뇌와 더 유사하게 동작할 수 있다는 것이 회사측의 설명이다.

앞서 지난해 9월 삼성전자는 하버드대 연구진과 함께 뉴로모픽 반도체의 미래 비전을 제시하며, 복사된 신경망 지도를 메모리 반도체에 붙여넣어 각 메모리가 뉴런 간의 접점의 역할을 하는 완전히 새로운 개념의 뉴로모픽 반도체를 제안한 바 있다. 이번 연구를 통해 신경망을 붙여넣기하는 소자 플랫폼으로서의 M램 활용 가능성까지 제안했다는 것에 의미가 있다는 게 삼성전자 측의 설명이다.

정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재되어 있는 사람의 뇌와 유사한 점이 있다"며 "이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다. 전혜인기자 hye@dt.co.kr