AI반도체로 '제2의 D램 신화' 쓴다.."성능·효율 100배인 반도체 개발"

AI반도체로 '제2의 D램 신화' 쓴다.."성능·효율 100배인 반도체 개발"

윤현성 입력 2022. 07. 06. 17:25 

 

AI반도체, 향후 10년 간 6배 성장 전망…韓 기업 점유율 '한 자릿수'
PIM 반도체가 뭐길래?…프로세서+메모리 합쳐 성능·효율 극대화
정부, AI반도체 추진 사업에 1조 투자…인력도 7000명 키운다

인공지능(AI) 반도체 이미지. (사진=정보통신기획평가원) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 우리나라는 메모리 반도체 D램 시장을 선도하며 이른바 'D램 신화'를 써내린 바 있다. 올해에도 한국 기업들이 전세계 D램 시장에서 70%에 달하는 점유율을 차지하는 등 신화는 현재진행형이다.

반도체 시장의 중심이 메모리 반도체에서 시스템 반도체로 옮겨가고, 그 중에서도 '인공지능(AI) 반도체'의 비중이 급격히 커질 것으로 전망되고 있다. 이에 우리 정부는 시스템 반도체 시장에서도 '퍼스트무버'로 도약하기 위해 AI반도체 연구개발(R&D)에 1조원 규모의 투자를 공언했다.

韓 점유율, 메모리 반도체는 60%인데…시스템 반도체는 '3%'

AI반도체 CPU·NPU 등 거쳐 'PIM'으로…폰 노이만 구조 한계 극복

 

(사진=정보통신기획평가원 제공) *재판매 및 DB 금지

 

정보통신기획평가원(IITP)은 6일 서울 서초구 aT센터에서 'K-인공지능 반도체, 미래를 말하다' 컨퍼런스를 열고 향후 AI반도체 R&D 및 투자 방향에 대해 밝혔다.

가트너에 따르면 지난 2020년 기준 4662억달러(약 608조원) 규모의 전 세계 반도체 시장에서 시스템 반도체는 58.4%, 메모리 반도체는 26.7%를 차지하고 있다. 넓은 의미에서 광·개별소자(14.9%)까지 시스템 반도체로 구분할 경우 시스템 반도체 비중만 70%에 육박한다.

특히 AI반도체는 올해 기준 전체 시스템 반도체 중 12.1%의 비중을 점하고 있는데, 향후 10년간 6배 가량 성장해 2030년에는 전체 시스템 반도체 시장의 31.3%를 차지할 것으로 전망되고 있다.

우리나라는 메모리 반도체 시장에서 전 세계 점유율 60%을 차지하는 등 압도적인 1위를 점하고 있지만 시스템 반도체 점유율은 3% 수준에 그친다. 삼성 등 대기업을 제외하면 국내 팸리스들의 비중은 1%도 안되는 것으로 알려졌다.

오윤제 IITP 반도체·양자 PM은 이날 행사에서 향후 우리나라가 나아갈 AI반도체 기술의 청사진을 소개했다.

AI반도체의 형태는 CPU(중앙처리장치), FPGA(프로그래머블 반도체), GPU(그래픽처리장치)를 거쳐 NPU(신경망처리장치) 형태로 전환되고 있다. 향후에는 프로세서(중앙처리장치)와 메모리(주기억장치)를 융합한 PIM(Processing in Memory) 반도체로 발전할 전망이다.

특히 오 PM은 AI 시대의 도래로 70여년간 이어져온 '폰 노이만 구조'가 한계를 맞이했는데, PIM 반도체가 이같은 문제를 해결할 수 있을 것이라고 강조했다.

 

현대 컴퓨터를 이용한 거의 모든 기기에 적용되는 폰 노이만 구조는 입·출력 장치 사이에 프로세서와 메모리를 구비하고 이 두 장치 간 데이터를 전송·처리하는 식으로 이뤄져있다. 하지만 AI 시대가 찾아오며 데이터량과 연산량이 폭증했고, 메모리가 프로세서의 처리 속도를 따라가지 못하면서 데이터 병목 및 전력 소모 심화 현상이 나타났다.

 

PIM 반도체는 메모리와 프로세서가 아예 통합된 구조로 이뤄져 있어 이러한 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 오 PM에 따르면 PIM 반도체는 이론상 메모리와 프로세서 간 무제한적 데이터 이동이 가능해 대역폭과 성능이 100배가량 향상시키면서 전력소모량은 100분의 1 수준으로 줄일 수 있다.

[서울=뉴시스]6일 서울 서초구 aT센터에서 정보통신기획평가원(IITP) 주관으로 열린 'K-인공지능 반도체, 미래를 말하다' 행사가 진행되고 있다. (사진=정보통신기획평가원 제공)

AI반도체 R&D에 9362억 투입…초격차 기술 확보해 '퍼스트무버'로

정부는 AI·시스템반도체를 혁신 성장 분야로 지정하고 지난 2019년부터 본격적으로 육성 전략을 마련해왔다. 지난달 발표된 인공지능 반도체 산업 성장 지원대책이 대표적이다.

정부의 AI반도체 추진 사업은 크게 R&D, 기업지원, 인력양성의 세 가지 방향에서 진행된다. R&D에 9362억원, 기업지원에 946억원, 인력양성에 368억원 등 1조원 이상을 쏟는다는 계획이다. 특히 현재 예타가 진행 중인 차세대 지능형 반도체 기술개발(4880억원)과 PIM AI반도체 기술 개발(2897억원)에 향후 6~7년간 약 7500억원을 투자하기로 했다.

보다 구체적으로는 ▲NPU·PIM·신소자 기술 확보 및 인공지능 반도체 소프트웨어 플랫폼 개발 등 '초격차 기술력 확보' ▲국산 NPU로만 이뤄진 데이터센터 구축 등 '초기 시장수요 창출' ▲중소 팹리스 지원 강화를 비롯한 '산학연 협력 생태계 조성' ▲AI반도체 대학원 신설(내년 중 3개교)을 비롯한 5년간 7000명 이상의 '전문인력 양성' 등이 추진될 예정이다.

이에 더해 정부는 NPU 등 AI반도체의 효과성을 극대화하기 위해 거대 인공신경망에서 지원할 수 있는 소프트웨어 플랫폼을 내년부터 신규 사업으로 기획 중인 것으로 알려졌다.

 

이날 행사에서 전성배 IITP 원장은 "AI반도체는 글로벌 시스템 반도체 강자들이 새롭게 도전할 수 있는 기회를 제공한다"며 "체계적인 전략산업 육성을 통해 우리나라의 미래 핵심 성장동력과 종합반도체 강국 실현의 밑거름이 될 수 있도록 IITP가 함께 노력하겠다"고 말했다.

 

한편 AI·시스템 반도체를 비롯한 전체 반도체 시장의 GWP(세계경제규모) 대비 비중은 역대 최고를 기록할 것으로 예상되고 있다. 반도체 시장 비중은 2000년 IT 버블 당시 0.6%로 정점을 기록한 뒤 10여년 간 0.4%를 오갔는데, 2016년부터 비율이 점차 높아지며 지난해에는 0.59%까지 상승했다. 올해 비중은 최고치였던 0.6%를 22년 만에 넘어서고, 2030년 즈음에는 0.7%를 상회할 전망이다.

인공지능 반도체 산업 성장 지원 대책. (사진=과학기술정보통신부 제공) *재판매 및 DB 금지

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