한국과학기술원(KAIST)이 챗GPT 특화용 인공지능(AI) 반도체를 개발했다. 과학기술정보통신부 지원을 받아 세계 최초로 트리플모드셀 기반 '프로세싱 인 메모리'(PIM) 반도체 상용화에 전기를 마련했다. 챗GPT 열풍 속에 AI 경쟁력을 뒷받침할 핵심 하드웨어(HW) 인프라가 될 것으로 전망된다.
유회준 KAIST 교수 연구팀은 과기정통부의 'PIM인공지능반도체핵심기술개발(설계)' 사업을 통해 TLC 기반 PIM 반도체 '다이나플라지아'를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구는 과기정통부 주도로 삼성전자·SK하이닉스 등이 참여하는 'PIM반도체 설계연구센터'에서 진행됐다.
PIM 반도체는 D램 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해서 AI 연산을 수행하는 차세대 반도체다. 메모리와 프로세서가 분리된 기존 컴퓨팅 구조(폰 노이만 구조)에서 발생하는 데이터 병목현상과 과다한 전력소모 문제를 해결할 수 있다.
다이나플라지아는 아날로그형 D램-PIM 기반 AI 반도체다. 메모리 저장 장치 위주로만 구성된 셀 내부에 연산장치를 추가한 것이 특징이다.
셀 하나에 3개 트랜지스터를 구성, 높은 처리 능력과 집적도를 달성했다. 메모리 셀 내부에 연산기까지 집적하고 병렬성과 에너지 효율이 높은 아날로그 연산 방식을 이용, 집적도와 연산기능을 획기적으로 향상했다. 그 결과 기존 디지털 D램-PIM 방식 대비 약 300배 높은 병렬성으로 15배 높은 데이터 처리 능력 확보가 가능하다.
이번 연구에서는 또 세계 최초로 하나의 셀이 메모리·연산기·데이터변환기 기능을 동시에 지원할 수 있는 '트리플-모드 셀'을 개발, 적용했다. 실제 AI 연산에 맞춰 HW 구조를 형성하는 동적 코어 형성 구조로, 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 약 2.5배 높은 효율성을 확보한다.
세계 메모리 반도체 진화 역사에 한 획을 긋는 연구 성과가 될 것으로 주목받고 있다. 이종호 과기정통부 장관이 취임 초부터 AI반도체 활성화에 강한 의지를 내비치며 연구에 주력한 첫 거대 성과물이다. 챗GPT 열풍으로 가속되고 있는 방대한 데이터 처리와 저장량을 동시에 충족할 AI시대 필수 기술이 될 것으로 기대를 모으로 있다.
유회준 KAIST 전기전자공학부 교수는 “본격적인 상용화에 성공할 경우 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 AI 모델에서도 높은 성능을 보일 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과물은 지난달 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
박지성기자 jisung@etnews.com
