KAIST, AI반도체 성능 고도화 핵심 기술 개발

KAIST는 유회준 전기및전자공학부 교수 연구팀이 국내 최초로 DRAM 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적해 인공지능 연산을 수행하는 PIM 반도체인 '다이나플라지아'를 개발했다고 15일 밝혔다.

'다이나플라지아'는 'Dyna(동적으로, DRAM 기반으로)'와 'Plasia(목적에 맞춰 구조를 형성)'의 합성어로 DRAM 기반으로 필요에 맞춰 하드웨어 구조를 형성해 다양한 인공지능 모델을 처리 가능하다는 것을 의미한다.
이번에 연구팀이 발표한 '다이나플라지아'는 아날로그형 DRAM-PIM 기반 AI 반도체로 3개의 트랜지스터만으로 셀을 구성했다. 메모리 셀 내부에 연산기를 집적하고 높은 병렬성과 에너지 효율의 아날로그 연산 방식을 이용해 집적도와 연산기능을 획기적으로 향상시켰다.

또 누설전류 내성 컴퓨팅을 통해 모든 메모리 셀들이 병렬로 동작할 수 있도록 하여 기존 디지털 DRAM-PIM 방식 대비 약 300배 높은 병렬성으로 15배 높은 데이터 처리량을 보인다.

기존 아날로그형 PIM 반도체에서는 메모리와 연산기, 그리고 아날로그-디지털 데이터 변환기를 별도로 구현해 고정된 하드웨어 구조를 사용했다. 그러나 이번 연구에서는 세계 최초로 하나의 셀이 메모리, 연산기, 데이터 변환기의 기능을 동시에 지원할 수 있는 '트리플-모드 셀'을 개발했다.

이에 따라 기존 아날로그형 PIM 반도체는 연산 회로 자체의 잠재적 성능이 높더라도 고정된 하드웨어 구조로 인해 실제 인공지능 연산에서는 모델에 따라 성능이 저하되어 적용이 어려웠으나, '다이나플라지아'는 '트리플-모드 셀'을 이용해 실제 인공지능 연산에 맞춰 하드웨어 구조를 형성하는 동적 코어 형성 아키텍처로 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배 가량 높은 효율성을 얻는다.

이번 연구는 과기정통부 'PIM인공지능반도체핵심기술개발(설계)' 사업을 통해 설립된 'PIM반도체 설계연구센터(PIM-HUB)'에서 진행됐으며 지난달 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.

'PIM-HUB'는 반도체 대기업과 산·학·연 간 협력을 강화하기 위해 지난해 6월 개소했다. 삼성전자와 SK하이닉스가 운영위원으로 참여하며 상호 인력파견 및 공동연구 수행, 인력양성을 위한 교육과정 공동개발 등 인력교류를 추진하고 있다.
유회준 교수는 "이번 연구는 기존 인공지능 반도체가 가지고 있던 메모리 병목현상을 해소할 뿐 아니라 높은 처리량과 가변성을 갖는 고메모리 용량의 DRAM-PIM을 개발했다는 점에서 의미가 크다. 본격적인 상용화에 성공할 경우, 최근 더욱 거대해지고 다양해지는 인공지능 모델에서도 높은 성능을 보일 수 있을 것"이라고 설명했다.


여용준 글로벌이코노믹 기자 dd0930@g-enews.com