차세대 반도체 PIM… “뉴로모픽 반도체 가기 위한 중간 단계”

[녹색경제신문 = 이선행 기자] 차세대 반도체로 프로세싱인메모리(PIM)가 주목 받는다. 

PIM은 정보를 저장하는 메모리와 연산을 담당하는 프로세서가 통합된 구조를 갖는다. ‘두 곳’에서 하던 일을 ‘한 곳’에서 모두 처리해, 성능이 향상되고 전력 소모가 줄어든다는 장점이 있다. 대역폭과 성능은 최대 100배, 전력소모량은 최대 100분의 일로 줄어든다. 

많은 비용과 전력이 필요하다는 점이 GPU(그래픽 처리장치)의 한계로 지적되며 NPU(신경망 처리장치)가 대안으로 제시됐고, 향후 프로세서와 메모리가 융합한 PIM으로 생태계가 옮겨갈 것으로 전망된다. 

14일 이종환 상명대학교 시스템반도체공학과 교수(이하 이 교수)는 “PIM은 인간의 뇌신경을 표방한 뉴로모픽 반도체로 가기 위한 중간 단계”라며 “메모리 반도체와 비메모리 반도체의 경계는 허물어지고 있다”고 설명했다. 

뉴로모픽 반도체는 동시다발적 계산 처리가 가능하다. 병렬 방식으로, 인간의 뇌가 A를 생각하며 동시에 B를 떠올리는 것이 가능한 사고 구조를 모방한다.

PIM은 ‘궁극의 목표’인 뉴로모픽 반도체로 향하는 과정 중 하나지만 그 역시 쉽지는 않다. 

허주회 한국폴리텍대학교 반도체시스템학과 교수는 “서로 다른 구조를 갖는 메모리와 프로세서를 한데 통합하는 과정은 설계 과정부터 매우 까다롭다”고 설명했다. 

삼성전자와 SK하이닉스는 일찍이 PIM을 차세대 인공지능(AI) 메모리 반도체로 점찍고 상용화를 위한 개발을 진행 중이다. 

삼성은 2021년 세계 최초로 HBM(고대역폭메모리)-PIM을 개발하고 반도체 분야 세계 최고 권위 학회인 국제 고체회로 학술회의(ISSCC)에서 논문을 공개했다.

SK하이닉스는 2022년 PIM이 적용된 GDDR-AiM을 개발하고 같은 해 ISCC에서 성과를 공개했다. 

이 교수는 “반도체는 계속 진화 중”이라며 “GPU 기반으로 구축된 현재의 생태계는 기술이 진보하며, 반도체 기업들의 사업 구조를 완전히 바꿀 것”이라고 설명했다.