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KAIST, D램 활용해 AI 연산 수행 'PIM 반도체' 개발...메모리 병목 해소

  • 박지우 기자
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    입력 : 2023-03-14 23:54:57

    - 하나의 메모리 셀로 메모리·연산기·데이터 변환 지원

    D램 메모리 셀 소자 내부에서 연산 기능을 수행하는 PIM(Processing-In-Memory) 반도체가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 하나의 메모리 셀에서 D 램의 기존 메모리 기능과 연산기, 데이터 변환(A/D)가 이뤄지는 트리플-모드 셀이 적용된 점이 주목된다.

    < PIM(Process in Memory) 반도체 개념도 /=과기정통부 제공. >

    과학기술정보통신부는 14일 한국과학기술원(KAIST) 유회준 교수 연구팀이 국내 최초로 D램 메모리 셀 내부에 연산기를 집적해 인공지능 연산을 수행하는 PIM 반도체 '다이나플라지아(DynaPlasia)'를 개발했다고 밝혔다.

    다이나플라지아는 DRAM 기반으로 '필요에 맞춰'(Plasia) 하드웨어를 만들 수 있는 기술이다. 면적이 크지 않은 반도체로, 필요에 맞춰 어디든 설계할 수 있다는 것이다.

    PIM 반도체는 칩 내부에 메모리와 프로세서 연산기를 집적한 것으로, 데이터 병목 현상과 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있어 초거대 AI 시대를 구현할 차세대 반도체로 꼽힌다.

    기존에 개발된 PIM 반도체는 대부분 셀 하나에 8개 이상 트랜지스터가 필요한 방식(SRAM-PIM)이거나 D램 기반이더라도 연산기를 셀 내부가 아닌 외부에 배치하는 방식(디지털 PIM)이었다.

    이번에 개발된 다이나플라지아는 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적한 아날로그 방식으로, 연산 성능과 에너지 효율이 획기적으로 올라간다.

    셀 내부 연산 과정에서 손실되는 전류를 줄여 아날로그 연산을 수행하는 '누설전류 내성 컴퓨팅' 방식을 썼다. 모든 메모리 셀이 병렬로 동작할 수 있어 기존 디지털 PIM 방식 대비 15배 높은 데이터 처리량을 나타냈다.

    특히 다이나플라지아는 세계 최초로 하나의 셀이 메모리, 연산기, 데이터 변환기의 기능을 동시에 지원할 수 있는 '트리플 모드 셀'을 구현했다. 실제 AI 연산에 맞춰 하드웨어 구조를 형성할 수 있으며 기존 아날로그형 PIM보다 2.5배 가량 높은 효율성을 보였다.

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



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