27일 오후 대전광역시 유성구KAIST에서 열린'PIM반도체설계연구센터 개소식'에서 왼쪽부터 차선용SK하이닉스 미래기술연구원 부사장, 이정배 삼성전자 메모리 사업부장(사장), 이종호 과학기술정보통신부 장관, 이광형KAIST총장, 유회준KAIST교수(PIM반도체설계연구센터장), 박영준 인공지능반도체포럼 의장이 현판 제막을 하고 있다. 과기정통부 제공.
지능형 반도체(PIM)는 하나의 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적해 높은 전력효율을 갖는 차세대 반도체다. 메모리와 프로세서가 분리된 기존 컴퓨팅 구조에서 발생하는 데이터 병목 현상과 과다 전력 소모 문제를 해결할 수 있다. 최근 챗GPT등 초거대 인공지능(AI)이 등장하며 반도체에 요구되는 성능이 높아지는 가운데 국내 연구팀이 기존에 개발된PIM보다 데이터 처리량을 15배 끌어올린PIM을 개발했다.
유회준KAIST전기및전자공학부 교수 연구팀은AI연산을 수행하는PIM인 ‘다이나플라지아’를 개발했다고 14일 밝혔다. 다이나플라지아는DRAM기반으로 필요에 맞춰 하드웨어 구조를 형성해 다양한AI모델을 처리 가능하다는 의미를 담았다.
기존에도AI모델을 처리할 수 있는PIM반도체들이 개발됐다. 그러나 대부분 셀 하나에 8개 이상의 트랜지스터가 필요한SRAM-PIM방식이거나DRAM기반PIM으로 구현되었더라도 연산기를 메모리 셀 어레이의 내부가 아닌 외부에 근접하게 배치하는 디지털PIM방식으로 개발된 형태들이다. 디지털PIM방식은 메모리와 연산기 사이의 거리를 줄이고 대역폭을 넓혀 데이터 병목현상은 감소하나 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해 연산성능을 올리지는 못하는 게 한계로 꼽혔다.
연구팀이 개발한 다이나플라지아는DRAM기반의PIM이지만 3개의 트랜지스터만으로 셀을 구성했다. 연구팀은 “PIM전체 하드웨어 구조를 최적화한 것”이라며 “하나의 셀이 메모리와 연산기, 데이터 변환기의 기능을 동시에 수행할 수 있다”고 설명했다.
다이나플라지아는 기존 디지털DRAM기반의PIM보다 15배 높은 데이터 처리량을 보인다. 연구팀은 “기존AI반도체가 갖고 있던 메모리 병목현상을 해소했으며 높은 처리량과 가변성을 갖는PIM을 개발한 것”이라며 “상용화에 성공하면 거대해지는AI모델에서도 높은 성능을 낼 수 있다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 지난달 미국 샌프란시스코에서 개최된 ‘국제고체회로설계학회(ISSSC)에서 공개됐다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘PIMAI반도체핵심기술개발(설계)’ 사업을 통해 설립된 ‘PIM반도체 설계연구센터’의 성과다. 센터는 지난해 6월 개소했다. 삼성전자와SK하이닉스가 운영위원으로 참여하며 상호 인력파견 및 공동연구 수행, 인력양성을 위한 교육과정 공동개발 등 인력교류를 추진 중이다.
전영수 과기정통부 정보통신산업정책관은 “PIM기술은 메모리 반도체 기술에 강점을 보유한 한국이 앞서 나갈 수 있는 잠재력이 높은 분야”라며 “글로벌 최고 수준의 초고속·저전력 인공지능 반도체를 개발할 수 있도록 하드웨어, 국산AI반도체를 데이터센터에 적용하기 위해 필요한 소프트웨어 및 클라우드 관련 기술개발을 지원하겠다”고 밝혔다.
