지난 5월, 경기도 평택에서 개최된 K 반도체 전략 보고대회에서 정부는 지능형 반도체(Processing In Memory, 이하 PIM)를 주력으로 인공지능(AI) 반도체 개발 추진 계획을 발표했다. 해당 계획은 22년부터 7년간 4개 트랙에 대해 진행되며, 정부와 민간기업의 예산 약 1조 원이 투입된다. 트랙은 ▲ PIM 설계 기술 개발 ▲ PIM용 메모리 기술 ▲ PIM 신소자 기술 ▲ PIM 혁신 기반 기술 부문으로 구성되어 있다.
4차 산업혁명 시대 新 성장 원천으로, IT 산업의 지능화를 통해 유례없는 가치 혁신을 제공하는 인공지능 시대가 도래했다. AI는 자율주행, 스마트홈, 의료 및 법률 서비스 등 다양한 산업에 걸쳐 적용되어 차별화된 부가가치를 창출한다. AI 응용 서비스가 확대됨에 따라 데이터 총량은 증가하고 있으며, 대규모 데이터 학습 및 추론을 위해 고성능·저전력의 컴퓨팅 기술이 필요해지는 시점이다. 그리고 그에 상응하는 하드웨어로 ‘PIM’이 탄생했다.
◆ PIM이란?
전 산업에 걸쳐 기존의 반도체를 뛰어넘는 새로운 반도체의 필요성이 증가하는 상황이다. 이를 만족하기 위해 기존의 시스템·메모리 반도체를 하나로 합친 PIM이 탄생했다. 저장 목적의 메모리 내부에 연산 작업을 하는 AI 프로세서 기능이 더해진 PIM은 전력 소모량 감소 및 연산 처리 속도 증가 등의 장점이 있으며, AI 기술의 핵심 하드웨어가 되었다.
◆ 현재 국내 시장의 PIM 개발 성과는?
한국은 전 세계 메모리 반도체 시장에서 점유율 1위를 차지하는 메모리 강국으로 일찍이 관련 연구를 진행해왔다.
삼성전자는 일반 스마트폰에서도 더 많은 AI 칩을 사용할 수 있도록 하기 위한 위한 연구를 진행한다. 2019년에는 2030년까지 시스템 반도체 분야에서 1위를 하고자 해당 분야 R&D 및 생산시설 확충에 133조 원을 투자할 계획이라고 발표했으며, 시스템 반도체 시장에서의 경쟁력 강화에 앞장설 것 또한 다짐했다. 그리하여 올해 2월, 반도체 분야 글로벌 최고 권위 학회인 ISSCC에서 세계 최초로 PIM 기술을 활용해 메모리와 AI 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM을 공개했다.
LG전자는 최근 딥러닝 알고리즘의 처리를 크게 향상시키기 위해 인간 뇌의 신경 네트워크를 모방하는 LG AI Chip을 개발했다. 또한, 로봇 청소기와 같이 기기에서 탐색 및 조작에 활용할 고급 이미지 인식 엔진의 성능을 향상하고자 설계하는 연구를 진행 중이다.
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