MRAM 기반으로 데이터 저장·연산 수행하는 인-메모리 컴퓨팅 구현
"저전력 AI 및 뉴로모픽 칩 기술 지평 확장 가능"
2022-01-13 장경윤 기자
삼성전자가 데이터 저장과 연산을 단일 칩에서 처리하는 첨단 기술을 개발했다. 삼성전자는 이를 시스템 반도체 기술과 접목해 차세대 컴퓨팅 및 AI 반도체 시장을 선도해나갈 계획이다.
삼성전자는 MRAM(자기저항메모리)을 기반으로 한 인-메모리(In-Memory) 컴퓨팅을 세계 최초로 구현하고, 연구 결과를 '네이처(Nature)'에 게재했다고 13일 밝혔다.
이번 연구는 삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원이 제1저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대학교 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.
인-메모리는 메모리 내에서 데이터의 저장·연산을 모두 수행할 수 있도록 하는 기술이다. 데이터의 저장과 연산을 별도의 칩에서 처리하던 기존 컴퓨팅과 달리, 메모리 내 대량의 정보를 자체적으로 병렬 연산하기 때문에 전력 소모가 현저히 낮다. 이러한 특성 덕분에 인-메모리는 차세대 저전력 AI칩을 만드는 유력한 기술로 주목받고 있다.
MRAM은 데이터 안정성이 높고 속도가 빠른 비휘발성 메모리다. 다만 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않다는 한계점을 지닌다.
이에 삼성전자 연구진은 기존의 '전류 합산' 방식이 아닌 새로운 개념의 '저항 합산' 방식의 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안함으로써 저전력 설계에 성공했다. 연구진은 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 인공지능 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다.
이번 연구는 시스템 반도체 공정과 접목해 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리인 MRAM을 세계 최초로 인-메모리 컴퓨팅으로 구현하고, 차세대 저전력 AI 칩 기술의 지평을 확장했다는데 큰 의미가 있다. 연구진은 새로운 구조의 MRAM 칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라, 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로의 활용 가능성도 함께 제안했다.
삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원은 "인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재되어 있는 사람의 뇌와 유사한 점이 있다"며 "이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.
삼성전자는 초격차 메모리 기술 역량을 시스템 반도체 기술과 접목해 차세대 컴퓨팅 및 AI 반도체 분야에서 지속적으로 기술 리더십을 확장해 나갈 계획이다.