성능 2배↑·에너지 70%↓…세계적 권위 학회 ISSCC에 논문 공개 삼성전자가 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능(AI) 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM(Processing-in-Memory)을 개발했다고 17일 밝혔다.
PIM은 메모리 내부에 연산 작업에 필요한 프로세서 기능을 더한 차세대 신개념 융합기술이다.
삼성전자는 PIM 기술을 활용해 슈퍼컴퓨터(HPC)와 AI 등 초고속 데이터 분석에 활용되는 HBM2 아쿠아볼트(Aquabolt)에 인공지능 엔진을 탑재한 HBM-PIM을 개발했다. HBM2(High Bandwidth Memory) Aquabolt는 지난 2018년 1월 삼성전자가 양산한 2세대 고대역폭 메모리 반도체다.
AI 시스템에 HBM-PIM을 탑재할 경우 기존 HBM2를 이용한 시스템 대비 성능은 약 2배 이상 높아지고, 시스템 에너지는 70% 이상 감소된다고 삼성전자는 설명했다.
또한 기존 HBM 인터페이스를 그대로 지원해 HBM을 이용하는 고객들은 하드웨어나 소프트웨어의 변경 없이 HBM-PIM을 통해 강력한 AI 가속기 시스템을 구축할 수 있게 됐다. AI 가속기란 인공지능을 실행하기 위한 전용 하드웨어를 말한다.
삼성전자 메모리 사업부 상품기획팀장 박광일 전무는 "HBM-PIM은 AI 가속기의 성능을 극대화시킬 수 있는 업계 최초의 인공지능 맞춤형 PIM 솔루션으로 삼성전자는 고객사들과 지속적으로 협력을 강화해 PIM 에코 시스템을 구축해 나갈 것"이라고 강조했다.
최근 인공지능의 응용 영역이 확대되고 기술이 고도화됨에 따라 고성능 메모리에 대한 요구가 지속적으로 커져왔으나 기존의 메모리로는 폰 노이만 구조의 한계를 극복하기 어려웠다.
폰 노이만 구조는 현재 대부분의 컴퓨터에서 사용하는 방식으로 중앙처리장치(CPU)가 메모리로부터 명령어를 불러오고 실행하며 그 결과를 다시 기억장치에 저장하는 작업을 순차적으로 진행한다. 이 과정에서 CPU와 메모리간 주고받는 데이터가 많아지면 작업처리가 지연되는 현상이 생긴다.
삼성전자는 이를 극복하기 위해 메모리 내부의 각 뱅크(Bank)에 인공지능 엔진을 장착하고 병렬처리를 극대화해 성능을 높였다. 아울러 HBM-PIM은 메모리 내부에서 연산처리가 가능해 CPU와 메모리간 데이터 이동이 줄어들어 AI 가속기 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다. 뱅크는 주기억장치를 구성할 때의 최소 논리적 단위다.
삼성전자는 이런 혁신기술을 D램 공정에 접목시켜 HBM-PIM을 제품화 하는데 성공하고 반도체 분야 세계 최고권위 학회인 ISSCC에서 논문을 공개했다.
미국 아르곤 국립연구소 CELS(컴퓨팅, 환경 및 생명과학) 연구실장 릭 스티븐스는 "HBM-PIM은 AI 응용을 위한 성능 및 에너지 효율 측면에서 놀라운 성과로 HBM-PIM 시스템 평가를 위해 향후에도 삼성전자와 지속적인 협력을 기대한다"고 말했다.
삼성전자는 올해 상반기 내 다양한 고객사들의 AI 가속기에서 HBM-PIM을 탑재해 테스트 검증을 완료할 예정이다. 향후 고객사들과 PIM 플랫폼의 표준화와 에코 시스템 구축을 위해 협력을 강화해 나갈 계획이다.
미국 지식재산권자협회(IPO)가 최근 발표한 '2020년 미국 특허등록 상위 300대 기업·기관(Top 300 Organizations Granted U.S. Patents in 2020)' 명단에서 삼성전자는 1위를 차지한 미국의 IBM에 이어 2위를 기록했다.
삼성전자는 지난해 8539건의 특허를 등록해 2007년 이후 14년째 2위 자리를 지켰다. IBM의 등록 건수는 총 9435건으로, 삼성전자와의 차이는 900건 미만이다.
KPI뉴스 / 박일경 기자 ek.park@kpinews.kr
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