삼성·SK도 협력… 차세대 반도체 `1·2세대` 4000억 들여 동시개발

IITP, 내년 ICT R&D 계획 발표
대용량 메모리에 AI 연산기능 통합
2025년 300조원대 시장 선점 계획

2023년 PIM AI반도체 R&D 계획 <자료:IITP>

정부가 반도체 패권경쟁에서 앞서가기 위한 차세대 AI(인공지능) 반도체 개발사업을 통해 내년에 PIM(Processing-In-Memory) 반도체 1세대와 2세대 개발을 한꺼번에 시작한다.

올해부터 2025년까지 총 4000억원이 투입되는 PIM 반도체 개발사업의 일환이다. 차세대 메모리 반도체로 주목받는 PIM은 메모리 내부에 연산 프로세서까지 탑재된 형태로, 1·2세대 PIM 반도체 개발에는 4~5년이 걸릴 전망이다.

문형돈 정보통신기획평가원(IITP) 기술기획단장은 2일 서울 양재동 엘타워에서 열린 '2022 ICT R&D 주간' 행사에서 '2023년 ICT R&D 기획·투자방향'을 발표했다.

최근 수출과 경제 전반에 어려움이 커진 상황에서 디지털 기술 경쟁력을 끌어올려 경제적 파급효과를 극대화하고 성장 돌파구를 만들겠다는 게 정부 구상이다.

문 단장은 "AI, AI반도체, 양자, 메타버스, 사이버보안, 5G·6G 등 6대 디지털 혁신기술 경쟁력을 최고국 대비 90% 이상 높이고 최고급 인재 3만명을 양성할 계획"이라며 "내년 ICT R&D에는 총 1조4299억원을 투자할 예정"이라고 밝혔다.

내년 AI반도체 분야에는 신규사업 240억원을 포함해 총 1272억원이 투입된다.

정부는 국산 AI반도체 초기 수요를 만들기 위해 반도체 최대 수요처 중 하나인 데이터센터를 국산 AI반도체로 구축하는 'NPU(신경망처리장치) 팜 구축·실증사업'을 추진한다. 이를 통해 AI 개발자들에게 컴퓨팅 파워를 무상 제공할 계획이다.

PIM 반도체는 올해 설계기술과 소프트웨어, 인터페이스 기술을 개발한 데 이어 내년에 본격적으로 1세대와 2세대 PIM을 개발한다.

컴퓨터 CPU(중앙처리장치)와 메모리 사이에 주고받는 데이터가 많아지면 컴퓨팅 속도가 떨어지는데, PIM은 메모리 내부에서 일부 연산을 처리하도록 해 이를 극복해 준다. 시스템 성능은 2배 이상 높아지고 시스템 에너지는 약 70% 절감된다. 따라서 PIM 메모리는 빅데이터 처리나 AI컴퓨팅, IoT(사물인터넷)에 최적화된 반도체로 평가받는다.

정부는 PIM 반도체를 2가지로 구분, 1세대로 프로세서와 대용량 메모리를 최근접시켜 배치해 메모리 대역폭을 극대화하는 니어 메모리(Near Memory) PIM을 개발하고, 이와 병행해 메모리 안에 AI 특화 연산기능을 통합한 인 메모리 PIM을 개발한다.

1세대의 초기 버전인 D램 기반 니어 메모리 PIM은 삼성전자와 SK하이닉스가 지난해 초 자체 개발했고, 정부는 이보다 성능과 전력효율을 높인 니어 메모리 PIM과 2세대 인메모리 PIM을 개발해 기술을 고도화한다는 계획이다.

삼성전자와 SK하이닉스도 이 사업에 협력한다.

우리나라는 전 세계 D램 등 메모리반도체 시장에서 점유율 56.9%를 차지하며 세계 1위를 기록하고 있다.

반면 훨씬 규모가 큰 시스템반도체는 점유율이 2.9%에 불과하다. AI반도체는 2030년 시스템반도체 시장의 30%를 차지할 전망으로, 이 수요를 잡아서 시스템반도체 시장구도를 바꾸겠다는 게 정부 전략이다.

과기정통부에 따르면 PIM 반도체 세계 시장규모는 2025년 208조~374조원 규모로 성장할 전망이다.

공공·민간 데이터센터에 국산 NPU를 확산시키고 2030년까지 NPU와 PIM에서 초격차 기술을 확보해 기존 메모리 중심 반도체 산업구조를 바꾸고 성장 돌파구를 여는 게 정부의 목표다.

양자 분야에서는 관성, 시간, 자기장, 광학 등 양자센서 4개 핵심 플랫폼을 개발하고 양자통신·센서 공정 인프라를 구축한다.

5G·6G 영역에서는 5G-어드밴스드 무선통신 핵심 부품과 오픈랜 핵심 기술, 5G-어드밴스드 유선통신 기술 개발에 집중한다.

정부 차원의 메타버스 대형 R&D를 위한 예비타당성 조사도 추진한다. 정부와 IITP는 메타버스 기술력을 최고국 대비 90% 이상으로 높이고 민간 주도 메타버스형 서비스에 이어 2030년 거대규모 시범서비스를 추진한다는 계획이다.

이와 병행해 메타버스 콘텐츠·플랫폼 핵심 기술과 XR(혼합현실) 인터페이스 핵심 기술을 개발할 예정이다.

안경애기자 naturean@dt.co.kr