D램과 AI 결합한 '트리플모드셀 PIM' 국내서 개발..."챗GPT 시대 핵심반도체 기대"

한국과학기술원(KAIST)이 메모리 반도체 안에서 AI 연산 처리 기능까지 수행하는 챗GPT 특화용 인공지능(AI) 반도체를 개발했습니다.

이는 D램이 인공지능(AI) 반도체 역할까지 자유자재로 할 수 있게 됐다는 의미로 AI반도체의 관건인 ‘전력 효율성 제고’를 가능하게 해 챗GPT 등 초거대AI 시장에 대응할 기술로 주목됩니다.

과학기술정보통신부는 국내 D램 기업들과의 협력과 정부 지원을 바탕으로 한국과학기술원(KAIST) 유회준 교수 연구팀이 국내 최초로 D램 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해 AI 연산을 수행하는 '프로세싱 인 메모리' PIM(Processing-In-Memory) 반도체인 다이나플라지아(DynaPlasia) 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

이번 연구는 과기정통부 주도로 삼성전자·SK하이닉스 등이 참여하는 'PIM반도체 설계연구센터'에서 진행됐습니다.

다이나플라지아는 D램을 기반으로 필요에 맞춰 하드웨어 구조를 형성해 다양한 인공지능 모델을 처리 가능하다는 의미로 챗GPT 열풍 속에 AI 경쟁력을 뒷받침할 핵심 하드웨어(HW) 인프라가 될 것으로 전망됩니다.

윤두희 과기정통부 정보통신방송기술정책과장은 “챗GPT와 같은 초거대AI가 활성화 되면서 데이터센터에 수많은 AI반도체가 들어간다”며 “문제는 전력소모가 많다는 것”이라며 “그동안에는 이같은 문제를 해결하기 위해 미세 공정을 도입해왔으나 3나노 이하부터는 한계에 봉착했다”고 설명하면서 이번 연구가 이런 문제점을 해결하는데 큰 의미가 있을 것이라고 설명했습니다.

실제로 PIM 반도체는 D램 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해서 AI 연산을 수행하는 차세대 반도체로 메모리와 프로세서가 분리된 기존 컴퓨팅 구조(폰 노이만 구조)에서 발생하는 데이터 병목현상과 과다한 전력소모 문제를 해결할 수 있습니다.

특히 셀 하나에 3개 트랜지스터를 구성, 높은 처리 능력과 집적도를 달성했는데 메모리 셀 내부에 연산기까지 집적하고 병렬성과 에너지 효율이 높은 아날로그 연산 방식을 이용, 집적도와 연산기능을 획기적으로 향상됐습니다.

이로 인해 기존 디지털 D램-PIM 방식 대비 약 300배 높은 병렬성으로 15배 높은 데이터 처리 능력 확보가 가능하다는 것이 큰 특징입니다.

이번 연구에서는 또 세계 최초로 하나의 셀이 메모리·연산기·데이터변환기 기능을 동시에 지원할 수 있는 '트리플-모드 셀'을 개발, 적용했는데 실제 AI 연산에 맞춰 HW 구조를 형성하는 동적 코어 형성 구조로, 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 약 2.5배 높은 효율성을 확보하는 것이 가능해졌습니다.

업계에선 이번 연구가 세계 메모리 반도체 진화 역사에 한 획을 긋는 연구 성과가 될 것으로 주목하고 있습니다.

이종호 과기정통부 장관도 취임 초부터 AI반도체 활성화에 강한 의지를 내비쳐 왔으며 이와 관련된 첫 성과물이란 의미도 담겨 있습니다.

또 최근 챗GPT 열풍으로 가속되고 있는 방대한 데이터 처리와 저장량을 동시에 충족할 AI시대 필수 기술로 기대됩니다.

연구팀을 이끈 유회준 KAIST 전기전자공학부 교수는 “본격적인 상용화에 성공할 경우 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 AI 모델에서도 높은 성능을 보일 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.

지난달 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐습니다.

정규해 기자 mbn7@naver.com

< Copyright ⓒ MBN(www.mbn.co.kr)무단전재 및 재배포 금지 >