삼성전자, AI 탑재 '초고속 D램' 세계 첫 출시… 메모리 초격차 가속

삼성전자가 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM(Processing-in-Memory)을 개발했다고 17일 밝혔다. 사진=삼성전자

삼성전자가 메모리 반도체에 인공지능(AI) 엔진을 탑재, 기존 슈퍼컴퓨터용 D램의 성능을 배 이상 끌어올린 '차세대 D램'을 세계 최초로 개발했다. 지난해 초 슈퍼컴퓨터용 3세대 D램을 세계 최초로 선보인 지 1년 만에 신개념 기술로 차세대 D램을 개발하는데 성공하면서 삼성전자는 프리미엄 메모리 시장에서 초격차를 이어나가게 됐다.

17일 삼성전자에 따르면, 이번에 개발한 차세대 D램은 메모리 반도체에 AI 엔진이 탑재된 'HBM(고대역폭 메모리)-PIM(Processing-in-Memory)'이다. HBM은 데이터 처리를 위한 D램의 일종인데, 월등한 처리 속도로 초고속 데이터를 분석하는 슈퍼컴퓨터(HPC) 등에 주로 쓰인다. 현재 이 분야에서 삼성전자가 최강자다. 삼성전자는 3년 전 2세대 HBM 메모리를 세계 처음으로 개발한 데 이어 지난해 3세대 HBM 출시하며 다시 한번 기술 업그레이드에 성공했다.

뭐가 다른거야?…"세계 최초 PIM 기술 적용 성공"

이번 HBM-PIM D램은 기존 2세대 D램(HBM 아쿠아볼트)에 AI 엔진을 탑재한 게 특징이다. 세계 최초로 PIM 기술이 적용됐다. PIM은 메모리 내부에 연산 작업에 필요한 프로세서 기능을 삽입하는 기술로 반도체 패러다임을 혁신하는 신개념 설계기술로 각광받고 있다. 정부도 PIM 기술을 선점하기 위해 올해 1조원 규모의 'PIM 반도체 개발사업'을 위한 예비타당성 조사를 검토하고 있다.

삼성전자 관계자는 "이번에 PIM 기술 적용에 성공하면서 기존의 기술적 한계를 뛰어넘을 수 있었다"고 설명했다. 최근 AI의 응용 영역이 확대되고 기술이 고도화되면서 고성능 메모리에 대한 수요는 커지고 있다. 하지만 기존의 메모리로는 컴퓨터의 근간인 '폰 노이만 구조'의 한계를 극복하는 게 어렵다. 이 구조에선 연산을 담당하는 프로세서와 데이터 저장용 메모리가 분리돼 있기 때문에 상호 주고받는 데이터가 많아지면 작업 처리가 지연되는 병목 현상이 빚어질 수밖에 없다.

메모리 내에서 연산처리까지…성능 배 이상 끌어올려

삼성전자는 이를 극복하기 위해 메모리 내부에 AI 엔진을 달아 연산처리가 가능하게 했다. 이렇게 되면 CPU와 메모리간 데이터 이동이 줄어 HBM-PIM이 장착된 AI 가속기의 성능을 대폭 끌어올릴 수 있다. 삼성전자에 따르면, AI 시스템에 HBM-PIM을 탑재하면 기존 2세대 HBM보다 속도는 배 이상 높아지고, 시스템 에너지는 70% 이상 감소된다. 박광일 삼성전자 메모리 사업부 전무는 "HBM-PIM은 AI 가속기의 성능을 극대화 시킬 수 있는 업계 최초의 인공지능 맞춤형 PIM 솔루션이다"고 말했다. 미국아르곤 국립 연구소 CELS(컴퓨팅, 환경 및 생명과학) 연구실장 릭 스티븐스는 “HBM-PIM은 AI 응용을 위한 성능 및 에너지 효율 측면에서 놀라운 성과"라고 했다.

삼성전자는 반도체 분야 세계 최고권위 학회인 ISSCC에 HBM-PIM 구조를 담은 논문을 공개했다. 또 기술 테스트를 거친 뒤 조만간 본격적인 양산에 들어갈 계획이다. 최근 각국이 슈퍼컴퓨터 개발에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태 이후 치료제 개발 등의 목적으로 초고속 데이터 분석이 상당히 중요해 졌기 때문이다. 한 업계 관계자는 "최근 초고속 데이터 분석을 위해 서버를 교체하는 수요가 점점 늘고 있는데 차세대 D램 개발로 삼성으로선 프리미엄 메모리 시장에서 상당한 주목을 끌게 됐다"고 말했다.

김동욱 기자 kdw1280@hankookilbo.com