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삼성전자, 세계최초 AI 메모리반도체 개발
CIA bear 허관(許灌) 2021. 2. 18. 07:21
삼성전자가 인간의 두뇌처럼 데이터 저장과 연산을 동시에 수행하는 새로운 개념의 메모리 반도체를 개발했다. D램과 같은 현재의 메모리 반도체는 정보를 담기만 했는데 여기에 연산 기능이 있는 시스템 반도체인 인공지능(AI) 프로세서를 결합해 성능을 크게 끌어올린 것이다. 삼성전자는 자율주행차·빅데이터 등 방대한 데이터 처리가 필요한 미래 기술에 활용할 차세대 메모리 반도체를 경쟁사들보다 먼저 내놓으면서 ‘초격차’ 전략을 굳건히 한다는 방침이다.
삼성전자는 17일 “세계 최초로 메모리 반도체와 시스템 반도체를 결합한 지능형 메모리 반도체(PIM) 개발에 성공했다”고 밝혔다.
‘지능형 메모리 반도체’는 사람의 뇌를 모방한 반도체로, 단순히 외부 정보를 받아들여 저장하는 데 그치지 않고 스스로 분석까지 할 수 있다. 현재 스마트폰·컴퓨터 등 전자기기는 D램에 데이터를 저장했다가 중앙처리장치(CPU)로 하나씩 보내 처리한다. 데이터가 하나의 통로를 통해 차례대로 이동한다. 문서 편집이나 인터넷 서핑 같은 업무를 하기에는 데이터 처리에 큰 문제가 없다. 하지만 데이터양이 많은 대용량 서버나 수퍼 컴퓨터의 경우 주고받는 데이터가 한꺼번에 몰리면서 데이터 처리가 지연되거나 발열 현상이 발생하는 경우가 많았다.
삼성전자는 메모리 내부에 시스템 반도체인 AI 프로세서를 집어넣는 방식으로 이 문제를 해결했다. 컴퓨터로 특정 업무를 수행할 때 메모리 내 AI 프로세서가 해당 업무에 필요한 데이터를 1차적으로 골라낸 뒤 선별된 데이터만 CPU로 보내는 식이다. AI 프로세서가 CPU에서 불필요한 데이터들을 걸러주기 때문에 데이터 처리 속도는 빨라진다. 삼성전자는 “지능형 메모리 반도체는 기존 대비 데이터 처리 속도가 2배 이상 빨라지고, 불필요한 데이터 이동을 줄여 전력 소모도 70% 이상 줄어드는 효과가 있다”고 밝혔다. 삼성전자는 올 상반기 중에 고객사 제품에 지능형 메모리 반도체를 탑재해 테스트 검증을 끝내고 본격 양산에 들어갈 예정이다.
삼성 반도체 새 역사… 연산 가능한 ‘AI 메모리’ 세계 첫 개발
‘제2의 D램 신화’를 이어갈 것으로 주목받고 있는 인공지능(AI) 반도체 부문에서 삼성전자가 새로운 전기를 열었다. 그간 비메모리 반도체 분야에만 주로 적용되던 AI 반도체를 세계 최초로 메모리 반도체 분야에서 개발하는 데 성공한 것이다. 반도체 업계에선 “메모리 반도체의 패러다임을 바꿨다”는 분석이 나온다.
○ 삼성전자, AI 메모리 반도체 개발 쾌거
삼성전자는 메모리 반도체에 AI 엔진을 결합한 신제품 AI 반도체 ‘HBM-PIM’을 개발했다고 17일 밝혔다. 중앙처리장치(CPU)를 위한 데이터 기억장치로만 존재했던 메모리가 직접 AI 연산을 할 수 있게 되면서 시스템 처리 속도는 2배로 빨라지고 전력 소비는 70% 이상 줄일 수 있게 됐다.
AI 반도체는 학습과 추론 등 AI 기술에 필요한 연산을 위해 특화된 고성능 반도체 제품을 두루 일컫는 말이다. 스마트폰과 자율주행차, 음성인식 스피커 등을 통해 생활 속에 AI가 깊숙이 스며들면서 방대한 데이터를 학습하고 분석할 수 있는 AI 반도체의 필요성도 점차 커졌다.
이번 삼성전자의 HBM-PIM은 기존 비메모리 분야에서의 AI 반도체 고도화를 넘어 메모리 반도체에도 AI 엔진을 결합함으로써 이 시장에 새로운 지평을 열었다는 분석이 나온다.
삼성전자 관계자는 “기존에 메모리와 CPU 간에 대량의 데이터가 오가면서 병목현상이 나타났다면 이번 제품은 메모리가 자체적인 데이터 처리 기능을 갖추면서 이를 해소하게 된 것”이라고 설명했다.
○ 한국 AI 반도체, ‘제2의 D램’ 신화 쓸까
D램으로 대표되는 메모리 반도체의 뒤를 이어 AI 반도체가 향후 반도체 시장의 주력이 될 것으로 전망되면서 국내외 개발 속도도 급속도로 빨라지고 있다.
AI라는 단어가 국내에 처음 널리 알려졌던 2016년 이세돌 9단-알파고 대국 당시 AI는 전용 반도체가 아닌 CPU 1920개와 그래픽처리장치(GPU) 176개를 사용해 AI 연산을 수행했다. 현재는 연산 속도가 훨씬 빠르고 전력 소모는 낮아진 AI 전용 반도체가 스마트폰, 자율주행차 등 개별 디바이스마다 탑재돼 각 서비스에 필요한 AI 연산을 맡고 있다.
아직 초기 단계인 AI 반도체 시장에서 승기를 잡기 위한 관련 업계의 경쟁은 지속적으로 확대될 것으로 전망된다. 기존 반도체 업체 외에도 SK텔레콤 등 AI 플랫폼을 갖춘 곳들도 자사 서비스 맞춤형 AI 반도체 개발에 뛰어들고 있기 때문이다.
과학기술정보통신부에 따르면 지난해 2310억 달러(약 256조 원)로 추산된 글로벌 AI 반도체 시장 규모는 2030년 3769억 달러(약 417조 원)까지 늘 것으로 전망됐다. 이달 초 정부는 올해 AI 반도체 기술 개발 분야에 지난해보다 약 400억 원을 늘린 1223억 원을 지원한다고 밝혔다.
국내 반도체 업계 관계자는 “메모리, 비메모리를 막론하고 AI 반도체는 급속도로 시장을 넓혀 가고 있다. 메모리에서도 AI 반도체 시장을 열기 위해 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다”고 말했다.
-인공지능(AI) 반도체
인공지능(AI, Artificial Intelligence) 반도체는 이미지 ・ 음성 인식이나 자율주행차 작동 등 복잡하고 다양한 업무를 처리할 수 있는 반도체다. 과거 PC의 핵심인 CPU(중앙처리장치)나 스마트폰용 반도체가 한 번에 한 가지 연산을 했다면, AI 반도체는 동시에 많은 연산을 진행해 결과를 낸다.
세계 각국의 기술 기업은 AI 반도체에 향후 미래 산업의 주도권이 달려 있다고 보고 경쟁적으로 기술 개발에 나서고 있다. 실리콘밸리를 대표하는 아마존 ・ 구글 ・ 애플 ・ 페이스북과 미국 반도체 기업인 인텔 ・ 엔비디아도 AI 반도체 시장에 뛰어들었다. 우리나라에서는 삼성전자가 AI 기능을 탑재한 반도체 ‘엑시노스 9’를 양산하고 있다.
[영상] 中 자율주행 택시 체험 현장…스마트생활 시대 도래
현재 베이징에서는 자율주행 택시 서비스를 이용할 수 있다. 이번 오픈 테스트 구역의 총길이는 약 700km이며 생활권과 상권 등 수십 개의 역을 포함하고 있다. 공상 과학 영화에서만 나오던 자율주행차가 빠른 속도로 우리 생활로 들어오고 있다.
[영상] 中 자율주행 택시 체험 현장…스마트생활 시대 도래 (people.com.cn)
베이징, 자율주행 택시 체험
최근 바이두(百度)는 베이징 시민을 대상으로 자율주행 택시 서비스 방안을 내놓았는데 바이두 지도와 Apollo GO 앱(App)을 통하면 무료로 탑승이 가능하다. 베이징에 자율주행 택시 테스트 구간은 약 700킬로미터 거리로 이좡(亦莊), 하이뎬(海澱), 순이(順義) 생활권과 상업권 등 수십 곳을 포함한다.
자율주행: 캘리포니아가 무인자동차 '누로'의 상용 운전을 허가했다
미국 캘리포니아주에서 최초로 상업용 무인 배송 서비스가 시작된다.
로보틱스 스타트업 누로(NURO)가 빠르면 내년부터 무인 배송 서비스가 시작될 것이라고 밝혔다.
다만 누로 무인 차량은 시속 56km 속도로 제한되며, “적당한 날씨"에만 운행할 수 있다.
캘리포니아 교통국 스티브 고든 국장은 "이번 첫 상용 허가는 캘리포니아 자율 주행 차량 발전에 있어 중요한 이정표"라며 "기술 발전과 함께 계속해서 안전을 유의하며 진행할 것"이라고 말했다.
NURO는 2명의 전 구글 엔지니어가 시작한 스타트업으로 일본 소프트뱅크의 투자를 받았다.
NURO R2는 레이더와 열화상 및 360도 카메라를 이용해 인간 개입이나 통제없이 자율주행이 가능하다. 또 일반 자동차에서 볼 수 있는 운전대나 페달, 사이드 미러 등이 장착되지 않았다.
차량은 달걀 모양으로 생겼으며, 보통 차량보다 크기가 작다. 내부 센서를 통해 식료품 등이 신선도를 유지할 수 있는 온도 제어가 가능하고 하루 종일 운행이 가능한 배터리도 탑재하고 있다.
또 도착 후 수령인이 미리 제공받은 코드를 입력하면 문이 열리도록 설계됐다.
R2는 지난 2월 미국 테사스 휴스턴에서 열린 시험 주행에서 도미노 피자, 크로거와 월마트 식료품 등을 성공적으로 배달했다.
그럼에도 불구하고 한 운송 전문가는 안전 문제가 꾸준히 제기될 것이라고 말했다.
버밍엄 대학의 데이비드 베일리 교수는 “NURO 차량이 '표면 거리'에서 시속 최대 56km으로만 달릴 수 있고, 그보다 작은 차량은 겨우 시속 40km로 달려야한다"며 아직 기술이 제한적이라고 주장했다.
그러나 이러한 제한에도 불구하고 "무인차량의 미래를 위한 중요한 걸음"이라고 덧붙였다.
지난 10월 미국 애리조나 피닉스에서는 구글 웨이모 서비스의 일환으로 무인 택시 운행이 시작된 바 있다.
중국 상하이에서도 알리바바의 주도로 비슷한 서비스가 실험 단계에 있으며, 무인차량 운행 실험은 전 세계적으로 계속될 전망이다.
자율주행: 캘리포니아가 무인자동차 '누로'의 상용 운전을 허가했다 - BBC News 코리아
상하이, 무인 식당차 간편한 식사 서비스 제공
상하이 장쟝(張江)과학성에 원격으로 주행을 통제하고 자체 판매가 가능한 이동 무인식당차가 등장해 직장인들에게 간편한 식사 서비스를 제공한다. 이 무인식당차는 감지레이더와 카메라가 장착돼 원격 조종과 주행 안전이 모두 가능하다. 이용자가 차량 앞쪽에서 손을 흔들면 무인 식당차가 정차한다. 사용자는 차체 쇼핑 스크린에서 상품을 선택하고 차 위쪽의 큐알코드를 스캔하며 주문이 이뤄진다.
올해 中 인공지능 시장 규모 62억 달러 예상…최대 응용시장은 역시 '컴퓨터 비전'
올해 중국 인공지능(AI) 시장 규모가 62억여 달러로 추정됐다. 올해 AI의 최대 응용시장은 지난 해에 이어 역시 '컴퓨터 비전' 분야로 나타났다.
최근 글로벌 시장조사기관 IDC와 중국 IT기업 인스퍼(Inspur·浪潮)가 공동 발표한 보고서에 따르면 올해 중국 인공지능 시장의 규모는 62억 7천만 달러에 이를 것으로 예상됐다. 보고서는 2024년에 이르러 전 세계 인공지능 시장에서 차지하는 중국의 비중이 15.6%에 달할 것으로 내다봤다.
보고서는 또 미래 4년 사이 중국의 AI 시장이 연 평균 30.4%의 성장 속도를 유지하고 2024년에 가서 172억 2천만 달러로 확대될 것으로 전망했다. 올해 코로나19 여파로 중국 AI 시장 규모는 IDC의 작년 기대치에는 도달하지 못했지만 20.1%의 세계 평균 성장 속도는 크게 넘어섰다.
구체 규모로 볼 때 컴퓨터 비전이 작년에 이어 여전히 최대 응용시장이 됐다. 작년 컴퓨터 비전 시장 규모는 전체 시장의 40.6%를 차지했고 대화식 서비스, 자연언어처리와 음성인식이 각기 20.5%, 17.8%, 11.7%로 그 뒤를 이었다.
인공지능 시대 앞둔 미래 반도체, 나노기술에 달렸다
세계적 반도체 기업 인텔의 공동 설립자 고든 무어는 1965년에 “반도체의 집적도는 2년마다 2배로 올라간다.”라고 말했다. 그의 예측은 실현되어 반도체를 구성하는 트랜지스터의 수는 2년마다 증가했다. 1971년 2700개에 불과하던 트랜지스터 수는 26년 후 펜티엄1 프로세서에서 750만 개에 달했다. 무어의 발언은 ‘무어의 법칙’으로 조명됐다.
2002년 삼성전자 황창규 사장은 나아가 “반도체의 집적도는 1년마다 2배로 증가한다.”라는 ‘황의 법칙’을 내놓았다. 실제로 삼성전자는 매년 개선된 반도체를 내놓아 이 말을 뒷받침했다. 자신에 찬 반도체 업계는 무어의 법칙과 황의 법칙을 기초로 연구 개발 계획을 짰다. 사람들은 초미세 반도체가 만드는 장밋빛 미래를 꿈꿨다.
그러나 법칙은 트랜지스터를 작게 만들어 집적도를 높이는 미세공정이 한계에 부딪히면서 정체됐다. 제작비용도 문제이다. 초미세 반도체를 만드는 데 드는 연구 개발 비용은 높지만 수익은 그에 못 미쳤다. 시장도 다변화됐다. 인공지능, 사물인터넷(IoT), 자율주행차, 로봇 등 새로운 기술 환경에 필요한 미래 반도체가 필요한 상황이다.
미래 반도체는 나노 기술 혁신에서 시작한다
이런 문제를 해결하는 새로운 반도체 개발의 핵심은 나노기술이다. 현재 반도체 회로를 구성하는 여러 소자는 나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 수준에서 구현되기 때문이다. 나노기술의 혁신 없이는 미래 반도체도 없다. 미래 반도체가 없다면 다가오는 인공지능과 로봇의 시대를 주도할 수 없다.
이에 우리 정부는 과학기술정보통신부 및 여러 부처의 주도 아래 나노·소재 연구 개발로 미래 반도체 기술 및 산업을 선도하는 사업을 수행하고 있다. 과학기술정보통신부가 주목하는 미래 반도체 분야는 크게 세 가지이다. 첫째, 실리콘 기반의 기존 반도체를 대신할 신소재. 둘째, 인공지능 시대를 맞아 인간의 뇌와 유사한 방식으로 의사결정하는 뉴로모픽 반도체. 셋째, 이상의 미래 반도체를 구현할 저전력 반도체이다.
그래핀 신소재로 만드는 빠르고 탄성 좋은 미래 반도체
실리콘을 대체할 반도체 소재로 주목받는 것은 그래핀이다. 그래핀은 탄소원자들이 벌집 모양으로 얽혀 있는 얇은 막 형태의 나노 소재로 전기전도성이 실리콘보다 100배 정도 우수하며 정보 처리 속도도 수십 배 높다. 게다가 탄성이 좋아 접거나 비틀 수 있는 ‘플렉서블 디스플레이’를 만들 수 있다. 광주과학기술원(GIST) 이병훈 교수 연구팀은 과기정통부의 지원으로 그래핀을 활용한 새로운 트랜지스터, ‘그래핀 배리스터’를 기반으로 저전력 반도체를 연구하고 있다.
인간의 뇌를 닮은 반오체 뉴로모픽 반도체
알파고 쇼크로 부상한 인공지능은 미래 반도체의 중점 분야이다. 소프트웨어인 인공지능이 효율적으로 작동하려면 그에 맞는 하드웨어가 있어야 한다. 그 대안이 바로 뉴로모픽 반도체이다.
뉴로모픽 반도체는 반도체에 있는 신호 전달 체계를 사람의 신경세포처럼 구성한다. 사람의 뇌는 수천억 개의 뉴런과 수백조 개 이상의 시냅스가 병렬 방식으로 연결되어 있으며 저전력으로 기억과 연산, 추론, 학습을 수행한다. 반면 알파고 하나를 작동하는 데는 전기 및 시스템 구축 등에 많은 에너지와 비용이 든다. 이를 인간의 뇌 구조와 닮게 만든다면 적은 에너지로도 복잡한 인지 과정을 수행할 수 있다.
이에 과기정통부는 뉴로모픽 반도체 개발을 본격 추진하고 있다. ‘미래유망 융합기술 파이오니어’ 사업은 뉴로모픽(Neuromorphic) 소자용 고집적 시냅스 소자 및 집적공정을 고안하고 있다. 서울대학교 이종호 교수 연구팀과 박병국 교수 연구팀은 신경세포를 모방한 뉴런 소자를, 한양대학교 최창환 교수 연구팀은 신경세포 모방 뉴런/시냅스 소자의 3차원 집적화를 연구 중이다.
언제 어디서나 스마트 기기를 이용하려면, 저전력 반도체
그래핀 신소재 반도체, 뉴로모픽 반도체 등 미래 반도체는 저전력 소모를 목표로 한다. 현재 슈퍼컴퓨터 4대를 사용하면 원자력발전소 1기를 가동하는 것과 맞먹는 전력이 소모된다. 인간형 로봇 안드로이드나 피부에 부착하는 모바일 기기, 초소형 IoT센서를 대중화하려면 저전력 반도체가 필수이다. 한 번 충전하면 한 달 동안 사용할 수 있는 스마트 기기를 상용화하는 것이다.
저전력 반도체는 효율적인 에너지 사용만이 목표가 아니다. 사물인터넷 시대가 도래할 때 반도체를 사용하지 않는 분야는 없을 것이다. 이때 저전력 소비는 에너지 남용을 막아 환경 보호에도 도움이 된다.
앞서 제시한 광주과학기술원(GIST) 이병훈 교수 연구팀의 그래핀 배리스터 소재 연구는 집적도와 연산능력을 확장해 동일성능의 이진연산 비교시스템 대비 1/100 이하의 절전 효과를 달성하고자 한다. 성균관대 권기원 교수 연구팀은 상황판단, 형체인식, 딥러닝 등 복잡한 기능을 수행하는 저전력 나노 스위칭 소자를 연구하고 있다.
우리 정부는 미래 반도체 세계 1위 기술을 확보하고자「제4기 나노기술종합발전계획, 대한민국 나노혁신 2025」를 수립하고 반도체를 나노챌린지 분야로 지정해 범부처 대형 연구 개발 사업을 계획 중이다. 현재와 비교해 1백만분의 1의 전력 소모로 구동할 수 있는 저전력 반도체, 인간 뇌처럼 의사결정하는 뉴로모픽 반도체, 인간 뇌 크기로 초고집적화한 반도체 원천기술 개발을 향해 박차를 가하고 있다. 나노기술의 혁신으로 풍요로운 미래를 기대해 보자.
지원 : 국가나노기술정책센터
글 : 권오현 과학칼럼니스트
삼성전자, 구글 자율차 웨이모 '두뇌' 설계한다
삼성전자가 구글의 차세대 자율주행차에 탑재될 핵심 칩 개발에 착수했다. 개발된 반도체는 삼성전자 파운드 리를 통해 생산될 공산이 크다. 삼성전자는 세계 최고 수준의 자율주행 기술 과제를 수주하면서 역량을 '퀀텀점프'할 수 있는 기회를 맞았다.
삼성전자는 최근 구글의 자율주행차 '웨이모'에 들어갈 차세대 자율주행차용 칩 설계 과제를 수주했다. 와 레이더 등 자율차에 탑재된 각종 센서에서 수집되는 데이터를 연산하거나 구글 데이터센터와 정보를 실 시간으로 교환하면서 모든 기능을 컨트롤하는 칩을 설계한다. PC의 중앙처리장치(CPU), 스마트폰의 애플리케 이션 프로세서(AP)처럼 자율차의 '두뇌' 역할을 하는 핵심 칩인 셈이다.
자율주행은 사람이 자동차 운전에 관여하지 않은 상태에서 자동차가 스스로 도로 위를 달리는 기술이다. 관 련 기술이 인공지능(AI)과 직결되는 만큼 삼성은 사람의 뇌 신경망을 모방한 뉴럴프로세서유닛(NPU), 고급 CPU 및 그래픽처리장치(GPU) 기술 등 최첨단 설계 기술을 이 프로젝트에 활용할 것으로 전망된다. 복수의 업 계 관계자는 14일 “웨이모가 요구한 칩 스펙을 만족시키기 위해 다양한 성능이 칩에 탑재될 것”이라며 “자율주행 단계 중 조건부 자동화 단계에 해당하는 '레벨3' 수준을 만족시키는 칩이 될 것”이라고 전했다.
프로젝트는 삼성전자 DS부문 시스템LSI사업부 내 커스텀 C사업팀이 담당할 것으로 알려졌다. 설계 완료 후 삼성전자 파운드리사업부의 극자외선(EUV) 공정을 통해 생산될 공산이 상당히 높다.
웨이모는 세계 최대 자율주행차 기업이다. 구글 자회사로, 2009년에 사업을 시작해 2016년 구글에서 분리됐 다. 소위 '구글카'라고 불리는 자율주행차를 제조한다. 완성차 업체를 포함한 경쟁사에 비해 압도적인 자율주 행 데이터베이스(DB)를 확보했다. 미국 각 지역에서 2000만 마일(약 3200만㎞) 이상의 자율주행 테스트와 운 전을 거쳤다. 2018년 자율주행 택시 서비스 '웨이모 원'을 시작해 미국 전역 확대를 준비 중이다. 투자은행 UBS는 2030년 웨이모의 수익이 1140억달러(약 129조원)에 달할 것으로 전망했다.
웨이모와 완성차 제조사끼리 플랫폼 협력은 많았지만 자율주행용 칩 개발은 뜸했다. 2017년 인텔과 손잡고 핵심 칩을 협력 개발한다는 소식은 있었지만 이후 수년 간 이들이 어떤 방법으로 연산장치를 개발하고 있는 지에 대해서는 언급된 적이 없다.
삼성전자와 협력을 통해 웨이모는 자사 자율주행 기술 조건에 맞는 독자 칩 양산으로 경쟁력을 확보하려는 것으로 보인다.
삼성은 자율주행용 반도체 칩 시장에서 입지를 퀀텀점프할 수 있는 절호의 기회를 잡았다는 평가다. 이미 2016년부터 테슬라와 협력하면서 차량과 자율주행 관련 칩 개발에 관여한 경험이 있다. 웨이모 프로젝트도 테슬라 칩 개발 프로젝트 못지않은 규모인 것으로 전해졌다.
삼성전자는 구글, 애플, 테슬라 등 내로라하는 정보기술(IT) 기업이 치열하게 경쟁 중인 자율주행 생태계에서 각 기업이 필요로 하는 핵심 칩을 직접 설계하며 관련 설계·생산 역량을 대폭 키울 수 있을 전망이다. 웨이모와 협력에 대해 삼성전자 측은 “고객사 정보는 확인해 줄 수 없다”고 밝혔다
'Guide Ear&Bird's Eye6 > 수소차. 전기자동차와 친환경, 자율주행.무신통신기술' 카테고리의 다른 글
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