<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

반도체가 뇌를 닮아가고 있다. 종전까지는 연산과 저장 등 각자 역할을 하는 반도체가 모여 컴퓨터를 구성했지만, 공정이 더 작아지고 새로운 기술이 개발되면서 모든 기능을 칩 하나에 담은 제품들이 속속 개발 중이다. 이를 통해 효율을 높이는 것은 물론, 병목현상을 없애고 처리 속도를 극대화하면서 인공지능(AI) 시대도 더 빨라질 전망이다.

24일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 자기저항메모리(M램)에 연산 기능을 더한 '인 메모리 컴퓨팅'을 구현해 관련 논문을 국제 학술지 네이처지에 게재했다.

M램은 비휘발성 메모리다. 컴퓨터에 필요한 저장 장치와 주기억장치를 통합해 효율을 높이는 차세대 메모리 반도체로 삼성전자가 일찌감치 파운드리에 '임베디드' 형식으로 양산 중이었다.

인 메모리 컴퓨팅은 여기에 연산장치까지 더하는 기술이다. 메모리칩 하나로 컴퓨터를 완전히 대체할 수 있다는 얘기다. 앞서 삼성전자는 지난해 HBM-PIM을 공개하며 AI 기능을 더한 D램 상용화를 시작한 바 있다. 비싼 가격에도 관심이 높다는 후문이다.

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

'인 메모리 컴퓨팅'이 주목 받는 이유는 단순히 처리 속도를 높이는 것뿐 아니라, 인간의 뇌와 비슷한 방식으로 작동하는 미래 반도체 '뉴로모픽'을 만들기 위한 핵심 기술 중 하나이기 때문이다. 실제로 삼성전자는 인 메모리 컴퓨팅을 소개하면서 M램을 뉴런간 접점으로 활용하는 새로운 방식을 제시하기도 했다.

뉴로모픽 반도체는 글로벌 반도체 업계의 핵심 연구 주제다. IBM과 퀄컴, 인텔 등 글로벌 반도체 기업들은 일찌감치 뉴로모픽 반도체를 개발하며 새로운 컴퓨팅 시대에 대비해왔다. 연구 기관이나 기업 등에 제품을 공급하며 실용성을 증명하기도 했다.

삼성전자는 그동안 이들 기업에는 다소 뒤쳐진다는 평가를 받았다. 뉴로모픽의 전단계로 인식되는 NPU를 이미 폭넓게 상용화하긴 했지만, 완전히 신경망 구조를 활용하는 뉴로모픽까지 개발하지는 못하고 있다. 뉴로모픽을 만드는데 핵심 기술인 GPU나 프로그래머블 반도체(FPGA), 주문형 반도체(ASIC) 등 비메모리 반도체 분야에서는 경쟁력이 떨어져서였다.

그럼에도 삼성전자가 인 메모리 컴퓨팅으로 뉴로모픽 분야에서 새로 주목받게 된 이유는 차세대 뉴로모픽의 핵심이 바로 메모리이기 때문이다. 한국전자통신연구원(ETRI)가 발간한 전자통신동향분석에 따르면 1세대 뉴로모픽의 저장장치는 실리콘 기반 CMOS 트랜지스터 기술만으로 구현됐다. 그러나 차세대 뉴로모픽부터는 비휘발성 메모리를 활용한 '멤리스터'를 활용하는 방향으로 연구 중이다.

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

삼성전자가 D램과 낸드플래시 등 휘발성 메모리 뿐 아니라, M램과 P램 등 차세대 메모리 기술에서도 '초격차'를 유지하고 있는 만큼, 뉴로모픽 분야에서도 주도권을 확보할 수 있게 됐다는 얘기다. 이미 삼성전자는 HBM-PIM을 자일링스 AI 가속기와 함께 활용해 성능을 확인한 상태. 비메모리 반도체 업체를 인수할 것이라는 추측이 끊이지 않는 이유이기도 하다.

SK도 뒤를 따른다. SK하이닉스도 관련 기술을 개발 중으로 알려진 가운데, 그룹 차원에서도 AI반도체인 사피온 X220을 개발하고 사피온으로 분사하면서 AI 반도체 개발 사업을 본격화하기 시작했다.

정부도 PIM 반도체 개발에 대대적인 지원을 약속하며 'AI반도체 경쟁력 강화 방안'을 이어간다는 방침이다. 최근 투자뿐 아니라 산학과 연계한 인력 양성 등 다양한 계획을 내놨다.