삼성전자가 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능(AI) 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM(Processing-in-Memory)을 개발했다. 메모리 반도체에 인공지능 엔진을 탑재해 데이터를 저장하는 기능뿐만 아니라 연산 기능까지 더하며 기존 메모리 반도체의 패러다임을 바꿨다는 평가가 나온다.
삼성전자는 PIM 기술을 활용해 슈퍼컴퓨터(HPC)와 AI 등 초고속 데이터 분석에 활용되는 HBM2 아쿠아볼트(Aquabolt)에 인공지능 엔진을 탑재한 HBM-PIM을 개발했다고 17일 밝혔다. PIM은 메모리 내부에 연산 작업에 필요한 프로세서 기능을 더한 차세대 신개념 융합기술이다. 앞서 삼성전자는 지난 2018년 1월 2세대 고대역폭 메모리 반도체인 HBM2 아쿠아볼트를 양산하기 시작했다.
AI 시스템에 HBM-PIM을 탑재할 경우 기존 HBM2를 이용한 시스템 대비 성능은 약 2배 이상 높아지고, 시스템 에너지는 70% 이상 감소된다. 또 기존 HBM 인터페이스를 그대로 지원해 HBM을 이용하는 고객들은 하드웨어나 소프트웨어의 변경 없이 HBM-PIM을 통해 강력한 AI 가속기 시스템을 구축할 수 있게 됐다.
삼성전자가 개발한 HBM-PIM은 기존의 메모리가 가진 폰 노이만 구조의 한계를 극복할 수 있다는 의미가 있다. 폰 노이만 구조는 중앙처리장치(CPU)가 메모리에서 명령어를 불러오고 실행하며 그 결과를 다시 기억장치(메모리)에 저장하는 작업을 순차적으로 진행하는 시스템으로, 오늘날 대부분의 컴퓨터에서 사용하는 방식이다. 이때 CPU와 기억장치는 하나의 통로로 통해 CPU와 메모리간 주고받는 데이터가 많아지면 그만큼 작업 처리가 지연되는 문제가 생긴다. 최근 AI의 응용 영역이 확대되고 기술도 고도화되며 고성능 메모리에 대한 요구가 지속적으로 커져왔지만, 기존의 메모리로는 이같은 폰 노이만 구조의 한계를 극복하기 어려웠다.
삼성전자는 이러한 문제를 해결하기 위해 메모리 내부의 각 뱅크에 인공지능 엔진을 장착하고 병렬처리를 극대화해 성능을 높였다. 또한 HBM-PIM은 메모리 내부에서 연산처리가 가능해 CPU와 메모리간 데이터 이동이 줄어들어 AI 가속기 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.
삼성전자는 이러한 혁신기술을 D램 공정에 접목시켜 HBM-PIM을 제품화하는 데 성공하고 반도체 분야 세계 최고권위 학회인 ISSCC에서 논문을 공개했다. 박광일 삼성전자 메모리 사업부 상품기획팀장 전무는 “HBM-PIM은 AI 가속기의 성능을 극대화 시킬 수 있는 업계 최초의 인공지능 맞춤형 PIM 솔루션으로, 삼성전자는 고객사들과 지속적으로 협력을 강화해 PIM 에코 시스템을 구축해 나갈 것”이라고 밝혔다.
미국 아르곤 국립 연구소 CELS(컴퓨팅, 환경 및 생명과학) 연구실장인 릭 스티븐스는 “HBM-PIM은 AI 응용을 위한 성능 및 에너지 효율 측면에서 놀라운 성과로 HBM-PIM 시스템 평가를 위해 향후에도 삼성전자와 지속적인 협력을 기대한다”고 밝혔다.
삼성전자는 상반기내 다양한 고객사들의 AI 가속기에서 HBM-PIM을 탑재해 테스트 검증을 완료할 예정이며 향후 고객사들과 PIM 플랫폼의 표준화와 에코 시스템 구축을 위해 협력을 강화해 나갈 계획이다.
/전희윤 기자 heeyoun@sedaily.com
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