삼성전자, ‘HBM-PIM’ 개발… AI반도체 시장 선점 나선다

삼성전자가 세계 최초로 메모리에 인공지능 프로세서를 탑재한 ‘HBM-PIM’을 개발했다. 이번에 새롭게 개발된 HBM-PIM은 삼성전자가 2018년 1월 개발한 고대역 메모리 HBM2 아쿠아볼트(Aquabolt)를 기반으로 하며, 추후 인공지능을 비롯한 첨단 산업의 발전을 가속화할 전망이다.

PIM(Processing in Memory)은 메모리 내부에 프로세서 기능을 더한 반도체 기술이다. 메모리 내부에서 연산처리까지 진행하며, 기존의 폰노이만 방식을 벗어나 한계를 극복했다는 점에서 주목을 받았다.

폰노이만 구조에서는 들어오는 데이터를 ‘클럭’이라 칭하는 특정 신호에 맞춰 순차적으로 처리한다. 그리고 기존의 컴퓨터는 CPU가 메모리에 있는 데이터를 불러오고 실행한 후, 결과를 다시 메모리에 저장하는 과정을 거쳤다. 이와 관련해 데이터가 반복해서 이동하는 것이 비효율적이라는 지적이 있었다. 또한, 구조 특성상 데이터 처리 속도를 무한정 빠르게 하기에도 한계가 존재했다.

이 한계를 삼성전자의 HBM-PIM이 극복한 것이다. 삼성전자는 이번에 공개한 HBM-PIM에서 메모리의 각 기억을 이루고 있는 단위인 ‘뱅크’마다 인공지능 엔진을 탑재했다. 이를 통해 데이터 병렬 처리를 극대화하고 성능을 높일 수 있다. CPU와 메모리 간 데이터 이동의 필요성도 사라져 과거 폰노이만 구조의 반도체보다 더욱 효율적으로 AI 가속기 시스템을 구축할 수 있을 예정이다.

인공지능 반도체 시장에는 아직 주요 기업 및 제품이 전무하다. 엔비디아의 그래픽 처리장치(GPU)가 인공지능 개발에 주로 사용되고 있지만, 차세대 인공지능 반도체는 세계적으로 개발하고 있는 중이다. 더불어 인공지능 시장이 성장하면서 인공지능 반도체 시장도 빠른 속도로 성장하고 있는 상황이다.

차세대 인공지능 반도체 개발을 위해 한국은 PIM기술에 주목해 왔다. 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 작년 10월 발표한 ‘인공지능 반도체 산업 발전 전략’ 자료에 “메모리와 프로세서 기술혁신을 꾀하고 인재양성 및 민간투자를 촉진하는 등 PIM 산업 생태계를 구축하고 확산하기 위한 ‘BIG 프로젝트’를 추진할 것”이라고 언급한 바 있다. 또한, 지난 1월에는 “AI반도체 육성 사업에 1253억 원을 투자할 계획”이라며 “특히 PIM 반도체 기술을 선점하기 위한 R&D 사업도 단계적으로 진행할 것”이라고 밝혔다.

ETRI는 지난 2019년 보고서를 통해 “인공지능이 데이터를 빠르고 효율적으로 처리하기 위해 컴퓨터 하드웨어가 진화해야 한다”며 “이(異)기종 시스템 구조는 HBM과 PIM이 결합된 구조로 진화할 것”이라고 예측했다. 삼성전자는 이번에 개발한 HBM-PIM을 주축으로 인공지능 반도체 시장 선점에 나설 전망이다.

박광일 삼성전자 메모리사업부 상품기획팀장 전무는 “HBM-PIM은 AI 가속기의 성능을 극대화할 수 있는 인공지능 맞춤형 PIM 솔루션”이라며 “삼성전자는 고객사들과 지속적으로 협력을 강화해 PIM 에코 시스템을 구축해 나갈 것”이라고 전했다.

릭 스티븐스 미국 아르곤 국립 연구소 CELS(컴퓨팅, 환경 및 생명과학) 연구실장은 “HBM-PIM은 AI 응용을 위한 성능과 에너지 효율 측면에서 놀라운 성과”라며 “HBM-PIM 시스템 평가를 위해 향후에도 삼성전자와 지속적인 협력을 기대한다”고 말했다.

글. 바이라인네트워크

<배유미 인턴기자> youme@byline.network