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삼성전자는 24일 온라인으로 개최된 차세대 반도체 기술 학회 ‘Hot Chips’에서 지난 2월 업계 최초로 개발한 HBM-PIM를 비롯해 프로세스 인 메모리(PIM·Processing In Memory) 기술을 적용한 다양한 제품군과 응용사례를 소개했다. PIM은 메모리 반도체와 시스템 반도체를 융합한 차세대 지능형 반도체로 메모리 내부에 연산 작업을 하는 AI 프로세서를 융합, AI 기술 발전에 필요한 핵심 반도체로 손꼽힌다.
삼성전자는 이날 학회에서 △D램 모듈에 AI엔진을 탑재한 ‘AXDIMM(Acceleration DIMM)’ △모바일 D램과 PIM을 결합한 ‘LPDDR5-PIM’ 기술 △HBM-PIM의 실제 시스템 적용 사례를 각각 보여줬다.
AXDIMM은 PIM 기술을 칩단위에서 모듈단위로 확장한 것으로 D램 모듈에 인공지능 엔진을 장착한 제품이다. 현재 AXDIMM은 글로벌 고객사들의 서버 환경에서 성능 평가가 진행되고 있으며, 성능은 약 2배 향상, 시스템 에너지는 40% 이상 감소가 확인됐다.
삼성전자는 초고속 데이터 분석 영역뿐만 아니라 모바일 분야까지 PIM을 확대 적용한 LPDDR5-PIM 기술도 공개했다. PIM 기술이 모바일 D램과 결합할 경우 데이터센터와 연결 없이 휴대폰 독자적으로 AI 기능을 수행할 수 있고 성능과 에너지 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 예상된다. 실제 시뮬레이션 결과, 음성인식, 번역, 챗봇 등에서 2배 이상의 성능 향상과 60% 이상의 에너지 감소가 확인됐다.
또 삼성전자는 지난 2월 공개한 HBM-PIM을 실제 시스템에 탑재한 검증 결과를 이번 학회에서 발표했다. FPGA 개발 업체인 미국 자일링스(Xilinx)에서 이미 상용화 중인 AI 가속기 시스템에 HBM-PIM을 탑재했을 경우 기존 HBM2를 이용한 시스템 대비 성능은 약 2.5배 높아지고, 시스템 에너지는 60% 이상 감소됨을 공개하며 참석자들로부터 큰 관심을 받았다. 삼성전자는 이와 같이 PIM 이라는 혁신 기술을 D램 공정에 접목시켜 다양한 응용처에서 실제 성능과 에너지 효율이 대폭 향상됐음을 강조했다.
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AI 반도체 시장은 향후 더욱 성장할 것으로 전망된다. 최근 메타버스, 음성인식, 기계번역, 자율주행 등 AI 산업의 응용 분야가 지속적으로 확대되면서 글로벌 기업들의 주도권 선점 다툼도 치열해지고 있는 상황이다. 정보통신정책연구원(KISDI)에 따르면 AI 반도체의 세계 시장 규모는 지난해 184억달러(약 21조원)에서 약 10년 뒤인 2030년 6배 성장해 총 1179억달러(약 137조원)에 이를 것으로 전망된다. 이는 전체 시스템반도체 시장의 31.3%에 해당한다.
이에 올해 초 삼성전자는 D램 분야에서 축적된 공정 노하우를 기반으로 인공지능 엔진을 HBM에 탑재해 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM를 만들어내는데 성공했다. 이번 학회에서는 PIM 기술을 D램 모듈과 모바일 D램까지 확대 적용한 응용사례를 공개하며 다시 한번 차세대 메모리 솔루션 개발에 앞장섰다.
김남승 삼성전자 메모리사업부 DRAM 개발실 전무는“HBM-PIM은 업계 최초의 인공지능 분야 맞춤형 메모리 솔루션으로, 이미 고객사들의 AI 가속기에 탑재되어 평가되고 있어 상업적 성공의 가능성을 보였다”며 “향후 표준화 과정을 거쳐 차세대 슈퍼컴퓨터 및 인공지능용 HBM3, On-Device AI용 모바일 메모리 및 데이터센터용 D램 모듈로 확장할 예정”이라고 밝혔다.
아룬 바라다라잔 라자고팔 자일링스의 상품기획 시니어 디렉터 은 “자일링스는 Virtex UltraScale+ HBM 제품군을 시작으로 데이터센터, 네트워킹, 실시간 신호처리 애플리케이션을 위한 고성능 솔루션을 지원하기 위해 삼성전자와 협력하고 있으며, 최근 새롭고 흥미로운 Versal HBM 시리즈 제품을 선보였다”며 “인공지능 응용 분야에서 HBM-PIM의 성능과 에너지 효율 향상을 위한 시스템 평가를 위해 삼성전자와 지속 협력할 것”이라고 밝혔다.
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