데이터 처리량 15배↑…KAIST, AI반도체 신기술 개발

D램 메모리 셀 내부에서 직접 인공지능(AI) 연산을 수행하며 연산 성능과 전력 효율을 높인 아날로그 PIM(Process in Memory: 지능형 반도체) 기술이 국내에서도 개발됐다.
특히 우리 연구진은 하나의 메모리 셀에서 메모리, 연산기, 데이터 변환 기능을 지원하는 '트리플 모드 셀'을 세계 최초로 개발, 적용함으로써 효율성 차원에서 진보한 아날로그 PIM 기술을 선보였다는 평가다.
이는 AI 고도화 경쟁의 관건인 '저전력 연산'을 가능하게 하는 기술이어서 주목된다.
과학기술정보통신부는 14일 한국과학기술원(KAIST) 유회준 교수 연구팀이 국내 최초로 D램 메모리 셀 내부에 연산기를 집적해 인공지능 연산을 수행하는 PIM 반도체 '다이나플라지아(DynaPlasia)'를 개발했다고 밝혔다.
'다이나플라지아'라는 명칭은 D램을 기반으로 필요에 따라 하드웨어 구조를 형성해 다양한 인공지능 모델을 처리한다는 의미를 담고 있다.
PIM 반도체는 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적한 것으로, 데이터 병목 현상과 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있어 초거대 AI 시대를 구현할 차세대 반도체로 꼽힌다.
기존에 개발된 PIM 반도체는 대부분 셀 하나에 8개 이상 트랜지스터가 필요한 방식(SRAM-PIM)이거나 D램 기반이더라도 연산기를 셀 내부가 아닌 외부에 배치하는 방식(디지털 PIM)이었다. 이번에 개발된 다이나플라지아는 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적한 아날로그 방식으로, 연산 성능과 에너지 효율이 획기적으로 올라간다고 과기정통부는 설명했다.
특히 셀 내부 곱셈 로직에서 누설 전류의 영향을 없앤 뒤 아날로그 연산을 수행하는 '누설전류 내성 컴퓨팅' 방식을 썼다. 모든 메모리 셀이 병렬로 동작할 수 있어 기존 디지털 PIM 방식 대비 15배 높은 데이터 처리량을 나타냈다.
또 이번 연구에서 세계 최초로 개발된 '트리플 모드 셀'은 실제 인공지능 연산에 맞춰 하드웨어 구조가 만들어지는 것으로, 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배 높은 효율성을 보인다.
이번 연구는 과기정통부의 'PIM 반도체 핵심기술 개발' 사업을 통해 설립된 'PIM 반도체 설계연구센터'에서 진행됐고, 결과는 지난달 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
연구를 지휘한 유회준 KAIST 전기전자공학부 교수는 "이번 연구는 높은 처리량과 가변성을 갖는 고메모리 용량 D램 기반 PIM 반도체를 개발했다는 점에서 의미가 크다"며 "본격적인 상용화에 성공할 경우 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 AI 모델에서 높은 성능을 보일 수 있을 것"이라고 설명했다.
전영수 과기정통부 정보통신산업정책관은 "국산 AI 반도체를 데이터센터에 적용하기 위해 필요한 소프트웨어·클라우드 기술 개발까지 적극적으로 지원하겠다"고 말했다.
(사진=연합뉴스)