■ 차세대 AI반도체 M램, 인-메모리 컴퓨팅 최초 구현

■ 차세대 AI반도체 M램, 인-메모리 컴퓨팅 최초 구현

 

● CPU 없는 컴퓨터? M램! 인 메모리 컴퓨팅! 사람 뇌구조와 닮음

 

삼성전자가 사람의 뇌와 유사하게 기억과 연산을 할 수 있는 초격차 메모리 기술을 선보여 국제 학술계에서 인정을 받았다. 삼성전자 연구진이 자기 저항 메모리(MRAM)를 기반으로 한 '인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅'을 세계 최초로 구현하고, 이 연구 결과를 국제 학술지 '네이처'에 2022년 01월 12일 게재했다. 인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 데이터의 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술이다.

 

기존 컴퓨터는 데이터의 저장을 담당하는 메모리 칩과 데이터의 연산을 책임지는 프로세서 칩이 따로 나뉘어 구성된다. 반면, 인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅은 메모리 내 대량의 정보를 이동 없이 메모리 내에서 병렬 연산해 전력 소모가 현저히 낮아 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩을 만드는 유력한 기술로 주목받고 있다. 인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅에 활용할 수 있는 비휘발성 메모리 후보군으로는 M램과 R램(저항 메모리), P램(상변화 메모리)이 있는데, 지금까지 M램만 인-메모리 컴퓨팅을 구현하지 못했다. M램은 데이터 안정성이 높고 속도가 빠른 장점이 있지만, 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않은 탓이다.

 

삼성전자 연구진은 이러한 M램의 한계를 기존의 '전류 합산' 방식이 아닌 새로운 개념의 '저항 합산' 방식의 인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅 구조를 제안함으로써 저전력 설계에 성공했다. 연구진은 M램 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 인공지능 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다. 삼성전자 관계자는 "이번 연구는 시스템 반도체 공정과 접목해 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리인 M램을 세계 최초로 인-메모리 컴퓨팅으로 구현하고, 차세대 저전력 AI 칩 기술의 지평을 확장했다는데 큰 의미가 있다"고 설명했다.

 

연구진은 새로운 구조의 M램칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로의 활용 가능성도 제안했다. 삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원은 "인-메모리(in-Memory) 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재된 사람의 뇌와 유사한 점이 있다. 이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다. 뉴로모픽(Neuromorphic) 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하려는 반도체로, 인지·추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것을 궁극적 목표로 한다.

 

앞서 삼성전자와 하버드대 연구진은 2021년 09월 뉴로모픽(Neuromorphic) 반도체 비전을 제시한 논문을 '네이처 일렉트로닉스'에 게재했다. 당시 논문은 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노 전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간의 연결 지도를 '복사'(Copy)하고, 복사된 지도를 메모리 반도체에 '붙여넣기'(Paste) 함으로써 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 칩 기술을 제안했다.

 

이번에 발표한 논문은 당시 논문의 '뇌 구조 복사 & 붙여넣기' 컨셉 가운데 신경망을 붙여넣기 하는 소자 플랫폼으로서 M램의 활용 가능성까지 제안한 것이라고 삼성전자 측은 설명했다.2022년 01월 13일 삼성전자에 따르면, 이번 연구는 삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원이 제1 저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대학교 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.