D램 메모리 셀 내부에 AI 연산하는 PIM반도체 기술
과기정통부 지원 'PIM-HUB' 산·학 협력 통해 개발
과기정통부 지원 'PIM-HUB' 산·학 협력 통해 개발
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과학기술정보통신부(과기정통부)는 유회준 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 교수 연구팀이 세계 최초로 DRAM 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해 AI(인공지능) 연산을 수행하는 PIM(Processing-In-Memory) 반도체 '다이나플라지아(DynaPlasia)'를 개발했다고 14일 밝혔다.
PIM은 하나의 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적한 차세대 반도체다. 기존 아날로그형 PIM 반도체에서는 메모리와 연산기, 그리고 아날로그-디지털 데이터 변환기를 별도로 구현해 고정된 하드웨어 구조를 사용했는데 이번에 개발한 제품은 메모리와 프로세서가 분리된 기존 컴퓨팅 구조(폰 노이만 구조)에서 발생하는 데이터 병목현상 및 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 것이 특징이다.
유회준 KAIST 전기및전자공학부 교수는 "쉽게 설명하면, CPU에 램과 AI반도체를 넣어서 연산 뿐만 아니라 메모리 작업까지 할 수 있게 된 것"이라며 "우리 연구팀은 DRAM(D램) 메모리에 대한 지식이 축적돼 있어서 고집적도의 D램을 사용하면 기존 AI 반도체의 성능을 더욱 높일 수 있을 것이라 기대해 2~3년 전부터 연구를 시작했다"고 설명했다.
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기존 아날로그형 PIM 반도체는 연산 회로 자체의 잠재적 성능이 높더라도 고정된 하드웨어 구조로 인해 실제 AI 연산에서는 모델에 따라 성능이 저하돼 적용이 어려웠으나, '다이나플라지아'는 '트리플-모드 셀'을 이용해 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배 가량 높은 효율성을 얻는다.
유회준 교수는 "이번 연구는 기존 인공지능 반도체가 가지고 있던 메모리 병목현상을 해소할 뿐만 아니라, 높은 처리량과 가변성을 갖는 고메모리 용량의 D램-PIM을 개발했다는 점에서 의미가 크다"며 "본격적인 상용화에 성공할 경우, 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 AI 모델에서도 높은 성능을 보일 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 과기정통부 'PIM인공지능반도체핵심기술개발' 사업을 통해 설립된 'PIM반도체 설계연구센터(PIM-HUB)'에서 진행했으며, 지난 2월 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표했다. 'PIM-HUB'는 지난해 6월 개소했으며, 삼성전자와 SK하이닉스가 운영위원으로 참여하며 상호 인력파견 및 공동연구 수행, 인력양성을 위한 교육과정 공동개발 등 인력교류를 추진하고 있다.
전영수 과기정통부 정보통신산업정책관은 "PIM반도체 기술은 메모리 반도체 기술에 강점을 보유한 우리나라가 앞서나갈 수 있는 잠재력이 높은 분야"라며 "글로벌 최고 수준의 초고속·저전력 인공지능 반도체를 개발할 수 있도록 하드웨어 뿐 아니라 국산 AI 반도체를 데이터센터에 적용하기 위해 필요한 소프트웨어 및 클라우드 관련 기술개발까지 적극적인 지원을 아끼지 않겠다"고 먈했다.
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