처리량 15배 높아진 ‘AI반도체’ 국내서 개발

카이스트 ‘다이나플라지아’

D램 이용한 지능형 PIM반도체
정보 저장·연산·변환까지 가능
세계 첫 ‘트리플 모드 셀’ 선보여
“D램, AI반도체 변신 가능해져”

국내 연구진이 D램 메모리를 이용한 지능형 PIM(Processing-In-Memory) 반도체를 개발했다. 특히 메모리 기본 단위인 셀에서 정보 저장과 연산, 데이터 변환까지 가능한 ‘트리플 모드 셀’을 세계 최초로 개발했다. 최근 챗GPT 등 초거대 인공지능(AI)이 등장하며 AI반도체 요구가 커지는 가운데, 이 기술이 상용화하면 활용도가 확대될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 14일 유회준 한국과학기술원(카이스트) 교수 연구팀이 D램-PIM 반도체 ‘다이나플라지아’를 개발했다고 밝혔다.

기존 디지털 PIM(왼쪽)은 D램 메모리 옆에 연산기를 배치해야 해 제한이 있지만, 유회준 한국과학기술원(카이스트) 교수팀의 아날로그 PIM은 셀 자체를 연산기로 이용할 수 있어 더 많은 정보 처리가 가능하다. 과학기술정보통신부 제공

PIM은 메모리 내부에 연산 기능을 결합한 것이다. 일반적으로 D램 같은 메모리반도체는 정보를 저장하고, 사람의 뇌처럼 연산하는 기능은 중앙처리장치(CPU) 등이 맡는다. 메모리반도체와 CPU가 정보를 주고받으며 작업을 진행하는데, AI처럼 대용량 데이터를 주고받으려면 용량과 처리 속도는 더 빨라져야 한다. 그에 따른 전력 소모도 엄청나다. 이에 많은 용량의 데이터를 가볍게 처리할 수 있는 방법으로 PIM이 주목받고 있다.

다이나플라지아는 쉽게 말해 D램이 AI반도체로 변신한 것이다. 3개의 트랜지스터만으로 셀을 구성한다. 기존 PIM 반도체는 셀 하나에 8개 이상의 트랜지스터가 필요했던 것과 차이가 있다. 또 연산기를 셀 내부가 아닌 외부에 배치하는 디지털 PIM과 달리 셀 내부에 연산기를 모아 넣으면서 기존 디지털 D램-PIM 방식 대비 15배 높은 데이터 처리량을 보인다.

아날로그 D램을 기반으로 했기에 디지털 전환이 필요한데, 셀이 변환기 기능까지 지원한다.

유 교수는 “개발한 기술을 삼성과 SK하이닉스가 활용하도록 하고 있다”며 “개방적인 로직 공정을 통해서는 당장에라도 상용화가 가능하다”고 말했다. 윤두희 과기정통부 정보통신방송기술정책과장은 “우리나라가 세계 최고인 D램은 재고 이슈가 생기면 영업이익이 떨어지는 문제가 있는데, D램을 최근 수요가 넘치는 AI반도체로 변신시킬 수 있는 기술”이라고 기대했다.

이진경 기자 [e-mail]