한국전자통신연구원(ETRI)이 효율적으로 대용량 데이터를 연산하는 '프로세싱 인 메모리(PIM)'를 2025년까지 개발한다. 인공지능(AI) 시대에 필요한 핵심 원천기술을 빠르게 확보해 국내 반도체 산업 경쟁력 강화에 기여하겠다는 구상이다.
구본태 ETRI 지능형반도체연구본부장은 17일 전자신문·반도체 패키징 발전전략 포럼이 공동 주최한 '반도체 한계를 넘다' 콘퍼런스에 참석해 현재 진행 중인 '페타플롭스(PFLOPS)급 성능 기가바이트급 메모리 융합 초고성능 PIM 프로세서 반도체 개발' 연구개발(R&D) 과제를 소개했다.
PIM은 D램과 같은 메모리에 연산이 가능한 프로세서 기능을 더한 반도체다. 자체적으로 연산이 가능하기에 중앙처리장치(CPU)와 메모리 간 데이터 전송 병목 문제를 해결해 성능과 에너지 효율을 높일 수 있는 차세대 반도체로 꼽힌다.
구 본부장은 “인공신경망 파라미터(매개변수) 규모는 4년 만에 1만배가량 커졌고 지금도 계속 커지고 있다”며 “추론과 학습에 필요한 반도체의 성능과 메모리 요구량이 증가하는 배경”이라고 강조했다.
ETRI는 서로 다른 반도체(다이)를 연결하는 칩렛 기술 기반 PIM 반도체 설계 연구를 진행 중이다. PIM은 메모리와 매우 가까운 위치에 프로세서를 배치하는 NM-PIM과 메모리 셀 자체가 연산을 처리할 수 있도록 설계한 IM-PIM으로 나뉘는데 ETRI는 NM-PIM을 개발하고 있다. 2025년까지 초당 1000조번 이상 연산 성능을 확보하는 것을 목표로 PIM 반도체 아키텍처의 원천기술을 확보하고 있다.
구체적으로 현재 개발 중인 PIM 반도체 'ABS1'은 재배선(RDL) 인터포저에 2.5차원(D) 첨단 패키징으로 신경망처리장치(NPU) 2개와 4세대 고대역폭메모리(HBM) 'HBM3' 8개를 집적한 형태다. 딥러닝 같은 대규모 연산을 효율적 지원하기 위해 128개의 텐서 코어가 '곱셈 누적(MAC)' 연산을 병렬 처리하는 방식으로 설계됐다.
구 본부장은 “최근 실제 테스트를 위한 시제품을 제작했고 이를 기반으로 연구를 이어갈 것”이라며 “ETRI는 칩렛 기반의 PIM 설계뿐만 아니라 NPU 코어 설계, 저전력(10W 이하) 뉴로모틱 반도체 개발 등을 통해 국내 기술 수요 기업들을 지원해 나갈 것”이라고 말했다.
박진형 기자 jin@etnews.com
