LLM 메모리 병목 줄인다…김성준 동국대 연구팀, PIM 반도체 개발 주관

과기정통부 AI반도체 핵심기술 과제 선정
인하대·서울과기대와 2028년까지 공동 연구

왼쪽부터 동국대 전자전기공학부 김성준 교수, 인하대 정보통신공학과 서영교 교수, 서울과기대 전기정보공학과 심원보 교수. 동국대 제공

[파이낸셜뉴스] 대규모 언어모델(LLM) 확산으로 AI 반도체의 전력 소모와 메모리 병목 문제가 커지는 가운데, 동국대 연구팀이 차세대 PIM 반도체 핵심 소자 개발에 나선다.

15일 동국대에 따르면 김성준 전자전기공학부 교수 연구팀이 과학기술정보통신부가 주관하는 2026년도 PIM 인공지능반도체 핵심기술개발 신규과제 주관기관으로 선정됐다.

PIM은 메모리 안에서 연산을 함께 수행하는 반도체 기술이다. 기존 컴퓨터 구조에서는 데이터를 메모리에서 꺼내 연산장치로 보내고, 다시 메모리에 저장하는 과정이 반복된다. AI 모델 규모가 커질수록 이 과정에서 병목이 발생하고 전력 소모도 늘어난다. PIM은 데이터 이동을 줄여 AI 연산 효율을 높일 수 있는 차세대 기술로 꼽힌다.

이번 사업은 LLM의 성장에 따라 커지고 있는 메모리 병목 문제를 해결하기 위한 것으로 기존 폰 노이만 구조의 한계를 넘어 신재료 기반 PIM 기초기술을 확보하는 것이 목표다.

이번 과제에는 동국대 김성준 교수팀이 주관기관으로 참여하고, 인하대 서영교 교수팀과 서울과기대 심원보 교수팀이 공동연구개발기관으로 참여한다. 동국대는 차세대 신소자와 어레이 집적을, 인하대는 PIM 회로 설계와 시스템 실증을, 서울과기대는 PIM 아키텍처와 통합 시뮬레이터 개발을 각각 맡는다.

김 교수팀이 주관하는 과제명은 'LLM 가속을 위한 터너리 기반 3T IGZO-FeFET PIM 어레이 소자 제작 및 연산 검증'이다. 연구팀은 2026년부터 2028년까지 약 3년간 정부 지원을 받아 산화물 반도체인 IGZO와 강유전체 기반 FeFET을 결합한 비휘발성 PIM 소자 기술을 개발할 예정이다. 비휘발성 소자는 전원이 꺼져도 저장된 정보가 유지되는 소자를 말한다.

연구팀은 하프늄 기반 강유전체(HZO)를 활용한 정밀한 다중 상태 제어 기술을 통해 삼진법 연산의 안정성을 확보했다고 밝혔다. 또 BEOL 호환 공정을 바탕으로 3차원 수직 적층 어레이 구현 능력을 입증했다고 설명했다.

spring@fnnews.com 이보미 기자